基于系统识别的rssi定位算法

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1、第10卷第15期2010年5月科学技术与工程Vo1．10No．15May20101671．1815(2010)15·3784—04ScienceTechnologyandEnoneefing@2010Sei．Teeh．Engn~基于系统识别的RSSI定位算法张书朋李向阳邓中华(华南理工大学自动化科学与工程学院，广州510640)摘要针对无线传感器网络节点定位问题，分析了基于接收信号强度(RSSI)的定位算法，对无线电传播路径损耗理论模型进行了分析。采用系统辨识加权最小二乘法在线修正了信号衰减理论模型，使算法具有了普遍适用性。提出三边定位法与质心法结合的定

2、位算法和极大似然估计法得到未知节点的估计位置。仿真结果表明，该算法减少了测距误差，随着节点的增加定位精度提高。关键词系统辨识加权最小二乘法无线传感器网络三边定位法极大似然估计法质心法中图法分类号TP393．03；文献标志码A在无线传感器网络(WSN，WirelessSensorNet—dicator，RSSI)的测距是一种廉价的测距技术，其原work)技术中，位置信息对整个网络活动是非常重要理是根据已知发射信号强度和接收节点收到的信的。对于大多数应用，不知道传感器位置而感知的号强度，计算信号在传播过程中的损耗，使用理论数据是没有意义的⋯，节点所采集到的数

3、据必须与或经验的信号传播模型将传播损耗转化为节点间测量坐标系内的位置结合。无线传感器网络节的距离。其模型如式(1)：，J、点定位问题，就是根据少数已知位置的节点，利用PL(d)=PL(do)一10nlgl5“-l+占(1)、a01某种定位机制确定其他节点的位置。式(1)中，d是需要计算的未知节点到信标节点的目前的定位算法从定位手段上分两大类，基于测距离，n为路径损耗指数，依赖于周围的环境和建筑距算法(range-based)和无需测距算法(mnge—类型，PL()表示未知节点接收到的信号强度，free)[33。基于测距算法通过测量节点间的距离或角PL(d

4、o)表示参考距离处的信号强度，表示参度信息，使用三边测量、三角测量或极大似然估计定考节点到信标节点的距离，表示误差项。位法计算节点位置。常用的测距技术有RSSI，TOA，1．1系统辨识环境参数TDOA和AOA；无需测距定位算法则不需要距离和角由上述理论公式可知，如果要从PL(d)和度信息，根据网络连通性等信息来实现节点定位。PL(do)这两个测量值得到节点间的距离d，就首先本文将基于RSSI的定位展开讨论。在充分研究了基于测距算法的基础上，通过对无线电传播路要知道环境参数凡和。是由网络所在环境决定径损耗模型的分析，提出了针对环境参数在线辨识的，在一般的文

5、献中被认为是零均值的高斯分布]。但是在多次的实验测量数据中发现，并不的定位算法。一定是满足零均值的高斯分布。因此在实际的应1算法模型描述用环境中，由于温度、传播方式、障碍物等因素影响，必须对RSSI信号传播理论模型的参数在线辨基于接收信号强度(ReceivedSignalStrengthIn一识。如果不对信号传播理论模型参数辨识而根据201o年3月8日收到经验随机设置，这个模型可能无法适合该网络所在第一作者简介：张书朋(1983一)，男，硕士研究生，研究方向：无线的环境，进而导致接收的RSSI值无法和节点间的距传感器网络定位。离正确对应起来，造成很大的误

6、差，该算法也不具l5期张书朋，等：基于系统识别的RSSI定位算法3785有普遍使用性。在无线传感网络中，理论上通过未知节点与3我们引入系统辨识的理论对模型参数进行辨个参考节点的距离就可用三边测量法算出它的位识。在环境中利用信标节点，或者预先设置若干节置，在实际应用环境中，因为RSSI衰减无规律性，无点，这些节点的坐标已知(即距离已知)。测量相互法精确计算未知节点位置，所以可以考虑用质心间的信号衰减强度，利用这些预先得到的数据做更法来改善定位精度。定位方法如图1所示。进一步的辨识。把式(1)变形如下：y(k)=()+b=h(Ji})0(2)式(2)中y()

7、=PL(dk)一PL(do)，(矗)=10lg(妻)，一’6～)=Ix)1CB0=[0b】。一般来说，测距误差与距离的长度成不等比例图1三边定位法增长，即距离越大测距误差越大]，所以我们采用首先取BC边来考虑，当一个未知节点U收到加权最小二乘法(WLS，WeightedLeastSquares)对环信标节点B，C发出的定位信号时，根据RSSI值和境参数辨识，加权系数A()=／"，0

8、到第3个信标节点A发出的定位信『(1)1]号时，可以得到d=L。通过比较式(3)