一种改进的无线传感器网络节点室内定位方法

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1、一种改进的无线传感器网络节点室内定位方法潘小琴1　崔文婷2　刘理想2　戈婧佼2（1.西南科技大学工程技术中心，四川绵阳621010；2.西南科技大学工程技术中心智能机器人创新实践班，四川绵阳621010)【摘　要】无线传感器网络节点室内定位准确性问题一直是研究热点。由于室内环境复杂、固定遮挡物以及走动人员均会造成信号衰减，若使用传统的RSSI定位算法其误差太大无法满足实际应用的需求。在不增加硬件开销的基础上，提出一种可以提高定位精度的改进定位算法。该算法首先通过离未知节点最近的三个锚节点划分三角形子区域，再根据RSSI值估算出该区域内路径损耗模型的参数A、n，并进一步通过锚节点的相互协作

2、，得到测距误差模型参数k、Δ，最终计算出精确的位置信息。仿真结果显示：在相同的条件下，改进后的算法具有更高的定位精度，误差在1m以内，可以满足室内定位的要求。.jyqk；d0为参考距离；PL0表示参考距离为d0的路径传输损耗；n是路径损耗指数，表征路径损耗随距离增加而增大的快慢程度，与环境有关；S是均值为0的高斯噪声，其标准差Sσ随节点布置环境的不同而不同；接收节点接收的信号强度为：ＲＳＳＩ＝Ｐt－ＰＬ（d）（2）其中，Pt表示信号的发射功率，单位为dBm。参考距离通常取1m，即d0=1，令A=Pt-PL0，对多次测量接收到的信号强度RSSI取平均值，此时S均值为0，故上式化简为：由上式

3、可以看出，距离d受RSSI值和环境参数A、n的影响。文献[4]从噪声和干扰着手，对RSSI值进行滤波、筛选处理，这些方法虽然可以提高测距精度，却带来了大量的通信和计算开销。文献[5]从环境因素着手提出精确估计出定位区域内的A和n。然而A、n是与射频电路和无线信号传输环境密切相关的，随着定位节点的移动，n是时变的。实际测试结果显示：由于多径、反射、障碍物阻挡等因素的影响，相同距离对应的RSSI相差很大，也就是不同环境对应的模型参数A、n是不同的，路径损耗模型参数随着环境的改变而改变。２.2　算法的改进为了减小定位误差，又不增加通信和计算开销，从环境因素着手，提出一种简单有效的改进算法。算法

4、先将定位区域划分为多个子区域，再利用多个锚节点协作通信，动态估计A、n在该子区域内的较为精确的值[6]，并且进一步推导出测量距离与实际距离之间的误差模型，以此误差模型来对测试距离进行修正，最后通过定位算法计算未知节点的坐标。２.2.1　划分子区域的路径损耗模型参数估计基本思想如图1所示，X为未知节点，假设A、B、C、X两两之间能够互相通信，且A、B、C、为距离X最近的三个不共线锚节点。我们假设△ABC所在区域是一个比较小的范围，可以近似认为在这一区域内路径损耗模型参数A、n是相同的，因此，我们可以利用锚节点来估计出所需要的A、n。２.2.2　测距误差模型修正由于公式（8）唯一确定A、n，

5、数据具有偶然性，为了进一步提高定位精度，利用三个锚节点信息对测距阶段的距离测量值进行修正。假设影响锚节点A、B、C与未知节点X通信过程中的测距误差和A、B、C互相通信过程中的误差情况相同，设实际距离与测量距离满足下列线性方程关系[7]：dij是节点i到它邻居节点j的实际距离，rij是节点i到它邻居节点j的测量距离，△ij是节点i和j之间测距的随机误差。依照公式（9）列出A、B、C之间的测距误差关系式为：已知根据RSSI值和环境参数A、n可以得到rAC、rBC、rAB，根据A、B、C的坐标可以计算出dAC、dBC、dAB，利用最小二乘法[8]，计算出相应的k与△，从而得到测距误差模型，用此

6、模型来修正未知节点X与锚节点A、B、C之间的距离。２.2.3　定位流程改进算法的定位流程如下所示。1）未知节点广播发出自身信息和定位请求，比较锚节点返回的信号强度值，选取最近的三个锚节点参与定位；2）选定锚节点，根据公式（4）计算各锚节点的A、n；根据公式（8）计算出△ABC区域内的环境参数A、n；3）使用步骤2）得到的参数计算出A、B、C的测量距离rAB、rBC、rAC；由ABC的坐标值计算出dAC、dBC、dAB；4）使用最小二乘法，根据公式（10）计算出测距误差模型参数k与△；5）未知节点周期性的向锚节点发送自身位置信息，计算未知节点到锚节点之间的测量距离rAX、rBX、rCX，用

7、测量误差模型对距离进行修正，得到实际距离dAX、dBX、dCX；6）最后，利用三边定位算法，估算未知节点的坐标信息。３　仿真结果分析通过MATLAB仿真，分析比较路径损耗模型参数采用典型值的算法与本文所提出的改进型算法的定位性能。假设在100m?鄢１００m的矩形区域内随机分布200个节点，节点通信半径为20m，实验数据来自100次仿真实验的平均值。图2给出了两种算法的定位误差与锚节点数的关系。结果显示，随着锚节点所占比例上升，两种算