基于RSSI比例系數(shù)的加權(quán)質(zhì)心定位算法

蔡燕 陳華

[摘 要] 針對(duì)傳統(tǒng)質(zhì)心算法存在的不足，提出了一種基于節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）比值的加權(quán)質(zhì)心定位算法，首先求出待定位節(jié)點(diǎn)接收到的所有信標(biāo)節(jié)點(diǎn)RSSI的均值作為一個(gè)基準(zhǔn)值，并求出最大值RSSI和最小值RSSI的均值作為另一基準(zhǔn)值。利用這兩個(gè)基準(zhǔn)值推導(dǎo)出加權(quán)比例系數(shù)，再利用該比例系數(shù)對(duì)質(zhì)心坐標(biāo)進(jìn)行加權(quán)處理。將改進(jìn)的算法分別與傳統(tǒng)質(zhì)心算法和已經(jīng)定位的未知節(jié)點(diǎn)升級(jí)為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的質(zhì)心算法進(jìn)行比較。仿真實(shí)驗(yàn)表明，基于RSSI比值加權(quán)的質(zhì)心算法有效地減少了定位誤差，定位精度優(yōu)于其他兩種算法，并且定位過程簡(jiǎn)單。

[關(guān) 鍵 詞] 基準(zhǔn)值；加權(quán)系數(shù)；質(zhì)心算法

[中圖分類號(hào)] TP212 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2017）13-0177-01

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)可分為兩類：基于測(cè)距和基于非測(cè)距兩種?；诜菧y(cè)距的定位算法主要有：DV-Hop算法、質(zhì)心算法、Amorphous算法、APIT，MDS-MAP等；基于測(cè)距的定位算法有：RSSI、TDOA、AOA、TOA。其中，質(zhì)心算法定位過程簡(jiǎn)單，對(duì)硬件設(shè)備要求低，但是定位精度低?；诠?jié)點(diǎn)接收信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）比值的加權(quán)質(zhì)心定位算法，利用待定位節(jié)點(diǎn)接收到的RSSI求出加權(quán)比例因子，進(jìn)一步對(duì)質(zhì)心坐標(biāo)進(jìn)行加權(quán)處理，并且與其他兩種算法進(jìn)行比較，基于RSSI比值的改進(jìn)算法優(yōu)于其他兩種算法，有效減少了定位誤差，提高了定位精度。

一、算法步驟

詳細(xì)算法步驟：

1.信標(biāo)節(jié)點(diǎn)周期性地廣播數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包中包括節(jié)點(diǎn)ID和自身的位置坐標(biāo)。

2.待定位節(jié)點(diǎn)收到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包信息，記錄每一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RSSI值，并且求出其平均值。同時(shí)，將信標(biāo)節(jié)點(diǎn)所記錄的RSSI值排序，選出最大值和最小值并求兩者的平均值。再利用這兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算出相應(yīng)坐標(biāo)的RSSI比例因子。

3.利用公式

10*lgpL（d）=10*lgpL（d0）-10*nlg■求出的比例因子得到每一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的加權(quán)系數(shù)，根據(jù)公式

X′=■和公式

Y′=■

計(jì)算出未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。

二、仿真實(shí)驗(yàn)

本次采用MATLAB仿真將改進(jìn)的算法分別與傳統(tǒng)質(zhì)心算法和已經(jīng)定位的未知節(jié)點(diǎn)升級(jí)為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的質(zhì)心算法進(jìn)行性能評(píng)估。仿真環(huán)境設(shè)置為100×100 m正方形區(qū)域內(nèi)隨機(jī)部署100個(gè)節(jié)點(diǎn)，在不同信標(biāo)節(jié)點(diǎn)比例和路徑損耗系數(shù)的條件下對(duì)三種算法進(jìn)行仿真分析。分別進(jìn)行50次仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果取平均值。

通過部分?jǐn)?shù)據(jù)定量分析改進(jìn)算法的定位誤差，表1列出了在通信半徑為R=30 m，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)總數(shù)比例不同時(shí)，三種定位算法的定位誤差。表2列出了在錨節(jié)點(diǎn)比例為30%，通信半徑不同時(shí)，三種算法的定位誤差隨路徑損耗系數(shù)的變化而變化。

下圖表示在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)不變，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)比例從20%依次遞增到40%時(shí)，傳統(tǒng)質(zhì)心算法、已定位節(jié)點(diǎn)升級(jí)為錨節(jié)點(diǎn)的算法和基于節(jié)點(diǎn)RSSI比值的改進(jìn)算法的定位誤差變化曲線。由圖可以看出：當(dāng)節(jié)點(diǎn)通信半徑為30 m時(shí)，加權(quán)改進(jìn)的質(zhì)心算法的定位誤差始終低于原質(zhì)心算法和已定位節(jié)點(diǎn)升級(jí)為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的算法，并且定位誤差比傳統(tǒng)質(zhì)心算法降低了約20%，同時(shí)比已定位節(jié)點(diǎn)升級(jí)為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的算法降低了約14%。下圖表示未知節(jié)點(diǎn)數(shù)為70個(gè)，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)為30個(gè)，路徑損耗系數(shù)從2.5變化到6時(shí)，三種算法的定位誤差曲線。由圖可知，無(wú)論是從信標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)還是路徑損耗系數(shù)角度考慮三種算法的定位誤差，基于節(jié)點(diǎn)RSSI比值加權(quán)的質(zhì)心算法的定位誤差始終低于其他兩種算法。

參考文獻(xiàn)：

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