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基于RSSI测距和距离几何约束的节点定位算法

发布时间:2019-07-07 18:47 来源:未知 编辑:admin

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  是非常重要的。节点收集感知数据时,如果不知道其感知对象位置,所感知的信息往往是毫无意义的[1,2]。目前定位算法主要分两大类,基于测距算法(range-based)和无需测距算法(range-free)。基于测距算法通过测量节点间的距离和角度信息,使用三边测量、三角测量或最大似然估计等定位算法。常用的测距技术有

  (接收信号的强度指示)、TOA、TDOA和AOA等。无需测距定位算法则不需要距离和角度信息,算法根据网络连通性等信息来实现

  。 基于测距的定位算法由于实际测量节点间的距离或角度,通常定位精度较高,比较各种基于距离的测距方法,基于RSSI的定位无需额外硬件,而无线通信芯片本身具有计算收发信号强度的功能,定位不需要增加额外的硬件,不会增加节点的硬件成本和尺寸,所以基于RSSI的测距是无线传感器网络定位比较常用的方法。在实际的应用中由于反射、多径传播、非视距、天线增益等问题都会对RSSI的测距产生误差,从而引起较大的定位误差。本文利用二维空间的Cayley - Menger行列式[2,3]提供的几何约束对RSSI的测距误差进行优化修正,结合三角形质心计算,提出了一种基于RSSI测距和距离几何约束结合三角形质心定位算法(RDGC-TCL)。仿真表明,该算法与基于RSSI和三角形质心定位算法(R_TCL)相比,提高了定位精度。RDGC-TCL 算法RSSI测距

  利用已知发射信号强度,接收点根据收到的信号强度,计算信号在传播过程中的损耗,使用理论或经验的信号传播模型将传播损耗转化为距离。常用的传播路径损耗模型有[4,5]:自由空间传播模型、对数距离路径损耗模型、哈它模型、对数-常态分布模型等。文中采用自由空间传播模型和对数-常态分布模型,用于分析和仿真。自由空间无线电传播路径损耗模型如下式:

  式中:PL(d)为经过距离d后的路径损耗(dB);为平均值为0的高斯分布随机变数,其标准差范围为4~10。式中k的范围在2至5之间。取d=1m,带入式(1),可得到

  距离几何理论中,Cayley-Menger行列式可以被用来处理不变空间的欧拉距离几何问题[6,7]。两个n点序列{ P1,…,P

  RSSI测距过程中,由于多径、绕射、障碍物等因素,不可避免出现测距误差,设未知节点与锚节点之间的真实距离与测量距离。设未知节点接收到锚节点 的测量信息,根据节点集合,…,结合[3]

  作为未知节点与锚节点在测量过程中出现的误差,在距离约束限制下形成平方误差最小化非线性问题:

  本文研究了未知节点与其无线射程范围内的三个锚节点之间的通信约束和几何关系得出了未知节点所在三角区域,将三角形的质心作为未知节点的估计位置

  。这里的三角形质心定位算法的基本思想是:三个锚节点A、B、C,未知节点D,利用

  算出节点A和D的距离为;节点B和D的距离为;节点C和D的距离为。分别以A、B、C为圆心r

  , 为半径画圆,可得锚圆交叠区域,通过计算三个锚圆交叠区域的三个特征点的坐标,以这三个点为三角形的顶点,未知点即为三角形的质心(如图1所示)。假设已知3个锚节点的坐标分别为A(Xa,Ya) 、B(Xb,Yb) 、C(Xc,Y

  ) ,与未知节点的距离分别为rA,rB,rC,通过下面的公式求出。同理,可以求出F点和G点的坐标,假设未知节点M的坐标,利用质心算法得到未知节点M的估计坐标为 :RDGC-TCL 算法过程

  (1) 锚节点周期性发送自身的信息,信息中包括自身节点ID和自身位置坐标。

  (2) 未知节点收到来自锚节点信息时,根据RSSI由强到弱对锚节点进行排序,并建立

  RSSI值大的前几个锚节点进行计算,并采用距离几何约束来求得未知节点与锚节点距离的估计值。

  对Triangle_set中任一个三角形根据(7)式算出三个交点的坐标,最后由质心算法,得到未知节点坐标。

  测距误差并结合采用三角形质心定位算法(RDGC-TCL 算法),算法性能主要从定位误差和定位覆盖率两方面进行考虑。仿线所示。

  RDGC-TCL 算法在测距校正的过程总增加了计算量和计算时间,但对定位误差的减小和定位覆盖率的增加都有了较大的提高。由图2所示,在锚节点较少的情况下,本文算法的性能提高不大,因为提供校正的测量数据较少,随着锚节点数目增加,用于校正的测量数据的增加,使得测量的距离更加的准确,使得定位的精度有了较大的提高。图3表明本文算法相对于R_TCL算法在节点的覆盖率方面有较大的提高。

  定位算法有更好的定位性能,能够减小定位误差并提高节点定位覆盖率,同时本定位算法对硬件的要求不高,能够降低

  的成本,能够满足大多数无线传感器网络的应用要求,是一种可选方案。关键字:编辑:金海 引用地址:本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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