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1、浅谈改进型无线传感器无锚定位信息提取算法研究的论文 [摘要]无线传感器网络是能够改变人类未来生活的新兴技术之一。在很多情况下,传感器采集的数据要结合其位置信息才有意义。文章首先提出了一种利用超声波测距的改进型toa无锚定位算法。 [关键词]无线传感器网络;定位算法;超声波测距;硬件平台 1引言 随着微电子技术、分布式信息处理技术、低功耗技术和无线通信等技术的飞速发展,设计低功耗多功能的无线传感器节点成为可能。传感器节点作为无线传感器网络的基本单元,其设计的优劣直接影响到整个网络的性能。本文提出了一种利用超声波
2、测距的改进型无锚定位算法,并针对该算法,设计了一款以c8051f020和cc2430为核心器件的无线传感器节点硬件平台。 2利用超声波测距的改进型toa无锚定位算法 现有基于距离的定位算法主要有toa、tdoa、aoa和rssi等。toa算法精度较高,但其要求整个网络的节点间保持精确的时间同步,对传感器节点的硬件和功耗提出了较高的要求。并且toa需要相当数量的锚节点来辅助未知节点进行定位。为解决这两个问题,本文借鉴超声波测距和aoa定位的思想,提出了一种利用超声波测距结合来波方向进行定位的无锚定位算法。算法利用超声波自
3、发自收的方式解决了传统toa需要收发节点间时间同步的问题,用测得的距离结合来波方向进行定位,可以确定全网节点的相对位置关系,若需定出绝对经纬度坐标,仅需加入少量锚节点即可。 超声波传播距离有限,在空气中一般只能传播十几米到几十米,在监测区域范围较大时,节点只能与距自己较近的邻居节点测距。.因此,考虑采用分簇的方式,各簇首先在自己簇内建立坐标系,对簇内节点进行定位,建立簇内节点的相对位置关系。之后,若需要在整个网络建立统一的坐标系,可利用两个簇共有的边界节点来协调相互的位置关系,完成对整个网络的定位。另外,由于超声波传播方
4、向性较强,每个节点将配置多组超声波探头进行测距和来波方位测量,使得节点能够在360度范围内进行测距。 节点随机部署于被监测区域后,经分簇算法(例如leach)选出簇头,簇头用射频信号向周围节点发送数据包宣布自己为簇头。其他节点持续侦听,在其通信范围内选择信号强度最强的一个或两个簇头加入该簇。可以收到两个簇头广播的普通节点称为边界节点。边界节点在定位过程中将分别存储自己在两个簇中的坐标信息,它们将在整个网络统一坐标系时发挥重要的作用。 簇建立阶段完成后,簇头a通过测距在簇内挑选一个距其较远的节点b(太近的节点容易引起较
5、大的定位误差),以a为坐标系原点,ab连线为坐标系的y轴正方向,y轴顺时针90度方向为x轴正方向建立坐标系。之后,簇头通过射频信号通知簇内节点坐标系已经建立,簇内各节点即可以a、b为锚节点,通过测量与a、b的距离进行定位。假设a(0,0),b(0,m),需要定位的节点c(x,y)到a、b距离分别为a、b。c点坐标可通过下面的方程组解出: 其中a、b和m通过超声波测距得到。可解出关于x、y的两组解。c在测量与a的距离过程中,a通过射频信号告知c是在与自己的哪个超声波探头通信,从而c点得知自己位于哪个象限。如下图所示,c与a
6、节点的编号为2的超声波探头通信,可以得知c位于a、b确定坐标系的第一象限,即x、y为正。 基于超声波测距的簇内节点定位 3无线传感器信息提取算法实现 3.1传感器模块 传感器种类很多,根据所监测物理量的不同,可分为温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。目前市场上有很多不同种类、参数各异的传感器。如美国crossboica节点开发的一系列传感器板,采用的传感器有光敏电阻clairexcl94l、温敏电阻ertj1vr103j、加速度传感器adxl202、磁传感器honeyc1002等。在设计传感器模块时,应该根据应
7、用要求选择参数和性能合适的传感器,并设计相应的驱动电路及信号处理电路。 3.2无线通信模块及其与处理器模块的接口 本平台的无线通信模块核心为chipcon公司生产的cc2430无线射频芯片。cc2430是一款专门为2.4ghzieee802.15.4/zigbee所设计的soc,具有低能耗、体积小、输出功率和收发频率可编程的优点。其最大收发速率为250kbps(2mchip/s)。cc2430其他特性还包括:硬件支持的csma/ca功能;较宽的电压支持范围(2.0v~3.6v);数字化的rssi/lqi;支持强大的dm
8、a功能;电池监测和温度感测功能;较少的外围电路以及强大灵活的开发工具。该芯片可用于家庭/楼宇自动化、工业控制以及低功耗无线传感器网络等应用场合。cc2430芯片采用0.18umcmos工艺生产,工作时电流损耗约为27ma;在掉电模式下仅有0.5ua的电流损耗,外部中断或rtc能唤醒系统;在待机模式下电流
