
收稿日期:20120329;修回日期:20120430 基金项目:西北民族大学“中央高校基本科研业务费专项资金”资助项目(ZYZ2011052,
ZYZ2012058);四川省科技支撑计划项目(2011GZ005)
作者简介:万国峰(1970),男,甘肃陇西人,副教授,硕士,主要研究方向为无线传感器网络(gfwan_1970@163.com);钟俊(1972),男,重庆人,副
教授,博士,主要研究方向为无线传感器网络、嵌入式系统;杨成慧(1982),河南商丘人,讲师,博士研究生,主要研究方向为计算机仿真和自动化.
改进的 RSSI测距和定位算法
万国峰
1
,钟 俊
2
,杨成慧
1
(1.西北民族大学 电气工程学院,兰州 730030;2.四川大学 电气信息学院,成都 610065)
摘 要:分析了 RSSI(receivedsignalstrengthindicator)测距的原理及环境对 RSSI的影响。论述了高斯模型校正
算法,该算法中因含有与环境相关的路径散逸指数而产生较大测距误差。针对这一问题,提出了基于锚节点的
高斯校正算法,该算法以锚节点对之间的已知距离和测量的 RSSI值为参考,对由被测 RSSI值得到的距离进行
校正,消除了路径散逸指数,并用网络连通信息和 RSSI联合定位。仿真结果证明:采用锚节点的高斯校正算法
进行定位不受环境影响,不同环境下最大定位波动为 0.11%,定位误差显著减小,可应用到实际的无线传感器网
络的定位系统中。
关键词:无线传感器网络;高斯模型;接收信号强度指标测距;路径散逸指数;节点定位
中图分类号:TP393;TP301.6 文献标志码:A 文章编号:10013695(2012)11415603
doi
:10.3969/j.issn.10013695.2012.11.040
ImprovedalgorithmofrangingandlocatingbasedonRSSI
WANGuofeng
1
,ZHONGJun
2
,YANGChenghui
1
(1.SchoolofElectricalEngineering,NorthwestUniversityforNationality,Lanzhou730030,China;2.CollegeofElectric&InformationEngi
neering,SichuanUniversity,Chengdu610065,China)
Abstract:ThispaperanalyzedthetheoryofdistancemeasurementbasedonRSSIandtheinfluenceofenvironmentonRSSI.
ItdiscussedtheimprovedGaussmodelalgorithm,andintroducedlargerrangingerrorduetoenvironmentalpathdispersionin
dex.Inordertosolvethisproblem
,itproposedanimprovedGaussalgorithmbasedonanchornodes.Inthisalgorithm,itused
theknowndistanceandmeasuredRSSIbetweenanchornodestocorrectthedistancebybeingmeasuredRSSIvalue,andelimi
natedpathdispersionindex.ThenitusedbothnetworkconnectivityinformationandRSSItolocate.Simulationresultshows
thatlocationerrorofanchornodeGaussalgorithmisindependonenvironment
,themostfluctuationoflocalizationis0.11% in
differentenviroment,andlocationerrorsarealsodecreasedsignificantly.Sothisalgorithmcanbeusedinreallocationsystem
forwirelesssensornetworks.
Keywords:wirelesssensornetworks(WSN);Gaussmodel;distancemeasurebasedonRSSI;pathdispersionindex;node
localization
!
引言
根据定位 机 制,文 献 [1,2]将 目 前 的 无 线 传 感 器 网 络
(WSN)定位算法分为两大类:基于测距(rangebased)的定位
和基于非测距(
rangefree)的定位。基于测距的定位算法在获
得较为精确定位结果的同时,产生了大量计算和通信开销,对
传感器节点的能量提出了极大考验;而无须测距的定位则仅仅
依靠网络连通性等信息进行定位,节点能耗低。目前常用的测
距技术主要包括 TOA(timeofarrival)
[3]
、TDOA(timedifference
ofarrival)、AOA(angleofarrival)
[4]
和 RSSI
[5]
等。相比于单纯
的
rangefree算法,RSSI增加了额外的有用信息,定位精度能
够提高,且 RSSI的获取很简单。同时,由于无须测量节点间的
绝对距离或方位,因而降低了对节点硬件的要求,使得节点成
本更适合于大规模传感器网络。但是 RSSI的测距理论能否满
足实际测距要求,尤其当环境不同时,RSSI测距误差与实际有
多大,还需要证实。
本文针对
RSSI测距过程中出现的误差,设计了一种基于
锚节点的高斯校正模型(
anchornodeGmode),该模型与传播
环境无关。同时将连通信息和 RSSI结合起来共同定位,收到
了良好的效果,为 WSN定位开辟了新思路。
"
S@@V
基本测距理论
一般情况下,接收信号的平均功率随着距离的增加而呈指
数衰减,可用对数路径损耗模型描述
[6]
。
设节点 u向节点 v发射信号,发射功率表示为 Pt,接收功
率为
Pr,损耗功率 Pl,则有式(1)给出的模型
[7]
:
Pl(d)(dB)=Pl(d
0
)+10h×lg(d/d
0
)+X
σ
(1)
其中:h为与环境相关的路径散逸指数,环境不同,h值不同,如
表 1所示;d
0
为陷入距离,典型值 d
0
=1m(距离发送端);Pl
(d
0
)是距离发送端 d
0
处的损耗功率,由自由空间路径损耗模
型计算得出;d为发送端到接收端的距离;X
σ
代表平均值为 0
的高斯随机变量,标准差
σ∈
4~10dB。那 么,RSSI测 距公
式为
第 29卷第 11期
2012年 11月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol.29No.11
Nov.2012