基于節(jié)點接收信號強度比值的加權質(zhì)心定位算法

陳華 蔡燕

摘要：無線傳感器網(wǎng)絡的定位技術可分為兩類：基于測距和基于非測距兩種。許多學者對質(zhì)心算法存在的不足提出了一些有效的改進算法。本文提出的一種基于節(jié)點接收信號強度比值的加權質(zhì)心定位算法，利用待定位節(jié)點接收到的節(jié)點接收信號強度求出加權比例因子，進一步對質(zhì)心坐標進行加權處理，并且與其它兩種算法進行比較，文中所提出的基于節(jié)點接收信號強度比值的改進算法優(yōu)于其它兩種算法，有效減少了定位誤差，提高了定位精度。

關鍵詞：WSN；RSSI比值

無線傳感器網(wǎng)絡的定位技術可分為兩類：基于測距和基于非測距兩種。基于非測距的定位算法主要有：DVHop算法，質(zhì)心算法，Amorphous算法，APIT，MDSMAP等等；基于測距的定位算法有：RSSI、TDOA、AOA、TOA。其中，質(zhì)心算法定位過程簡單，對硬件設備要求低，但是定位精度低。許多學者對質(zhì)心算法存在的不足提出了一些有效的改進算法。本文提出的一種基于節(jié)點接收信號強度（RSSI）比值的加權質(zhì)心定位算法，利用待定位節(jié)點接收到的RSSI求出加權比例因子，進一步對質(zhì)心坐標進行加權處理，并且與其它兩種算法進行比較，文中所提出的基于RSSI比值的改進算法優(yōu)于其它兩種算法，有效減少了定位誤差，提高了定位精度。

1 質(zhì)心定位算法

基于RSSI的加權質(zhì)心算法基本思想是把待定位節(jié)點所接收到來自信標節(jié)點的RSSI值作為依據(jù)，計算出相應信標節(jié)點的加權值，以所求出的權值來反映信標節(jié)點坐標對質(zhì)心位置的影響程度。

未知節(jié)點升級為錨節(jié)點質(zhì)心算法：

已定位節(jié)點升級為信標節(jié)點算法的主要原理與傳統(tǒng)質(zhì)心算法相似，不同之處在于當部分未知節(jié)點已經(jīng)定位后就升級為信標節(jié)點，按照傳統(tǒng)質(zhì)心算法，參與其它未知節(jié)點的質(zhì)心定位過程。

2 節(jié)點RSSI比值的加權質(zhì)心算法

由于節(jié)點發(fā)射無線信號功率多為級別，極化后接收信號強度轉化為負數(shù)的，在定位過程中，信標節(jié)點可以獲取到其通信半徑范圍內(nèi)與未知節(jié)點間的值。改進的質(zhì)心算法基本原理是利用信標節(jié)點與待定位節(jié)點之間的RSSI值來求出比例因子。算法原理如圖1所示。加權系數(shù)求解過程如下：

先求出平均接收信號強度：

再求出待定位節(jié)點收到的RSSI中最大值和最小值：

3 仿真實驗

為了驗證文中所提出的基于RSSI比值加權

的質(zhì)心算法的定位性能，采用MATLAB仿真

下圖表示表示未知節(jié)點數(shù)為70個，信標節(jié)點數(shù)為30個，路徑損耗系數(shù)為4時，三種算法的定位誤差累計概率分布。由圖可知改進的質(zhì)心算法定位誤差落在5m以內(nèi)的概率約為70%，而已定位節(jié)點升級為信標節(jié)點算法和傳統(tǒng)的質(zhì)心算法分別約為45%，40%。所以，基于節(jié)點RSSI比值加權的質(zhì)心算法的定位性能始終優(yōu)于其他兩種算法。

參考文獻：

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作者簡介：陳華（1982），男，江西贛州人，講師，碩士，主要研究領域：計算機科學與技術、無線傳感器網(wǎng)絡方面的研究；蔡燕（1983），女，江西贛州人，講師，碩士，主要研究領域：物聯(lián)網(wǎng)與傳感器方面。