基于RSSI優(yōu)化的模型參數(shù)改進(jìn)室內(nèi)定位算法

程俊 游穎 劉豐琴 周鵬

摘 要：定位技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中越來越引起人們的重視。針對傳統(tǒng)基于RSSI測距的室內(nèi)定位算法中，RSSI值易受環(huán)境影響、最小區(qū)域傳播損耗模型參數(shù)不精確的問題，提出了一種RSSI值優(yōu)化處理、模型參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)的定位算法。該算法先用高斯模型對節(jié)點(diǎn)收到的所有RSSI值進(jìn)行加權(quán)處理，然后根據(jù)RSSI值對傳統(tǒng)最小區(qū)域損耗模型參數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，最后通過選出的三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，討論了三圓相交于一點(diǎn)、一個(gè)區(qū)域的二種不同情況，并用區(qū)域質(zhì)心算法得到了估計(jì)位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)過RSSI優(yōu)化處理的模型參數(shù)改進(jìn)定位算法，優(yōu)化了測距值，使三邊-區(qū)域質(zhì)心定位算法的定位誤差維持在1.0～1.6m，提高了定位的穩(wěn)定性和精確度。

關(guān)鍵詞：接收信號(hào)強(qiáng)度指示;測距;高斯模型;傳播模型;區(qū)域質(zhì)心算法

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）的室內(nèi)定位技術(shù)是目前的研究熱點(diǎn)。

基于測距的RSSI室內(nèi)定位算法操作簡單，無需額外大量硬件，但其易受環(huán)境影響，使得其測距值存在很大誤差。針對RSSI值不準(zhǔn)確的問題，文章[1]采用高斯濾波對其進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化了RSSI值。文章[2]將將整體環(huán)境進(jìn)行分區(qū)，在不同區(qū)域進(jìn)行模型參數(shù)的擬合，提高了測距精確度。文章[3]先獲得未知節(jié)點(diǎn)所在的最小子區(qū)域，然后用路徑損耗模型對參數(shù)進(jìn)行了實(shí)時(shí)估計(jì)，提高了模型參數(shù)的精確度。受上述相關(guān)研究的啟發(fā)，本文先對獲得的RSSI值進(jìn)行高斯加權(quán)處理，然后根據(jù)RSSI值對傳統(tǒng)最小區(qū)域損耗模型參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，最后通過采用三邊-區(qū)域質(zhì)心算法[4]的得到所要的定位值。

1 高斯加權(quán)處理優(yōu)化RSSI值

根據(jù)文獻(xiàn)[4]，我們知道室內(nèi)外環(huán)境下RSSI值與距離存在衰減關(guān)系。當(dāng)較近距離傳輸時(shí)，RSSI值衰減較快，接收強(qiáng)度RSSI值相對傳輸距離的變化表現(xiàn)明顯，參考價(jià)值大。因此實(shí)驗(yàn)只取前10m的數(shù)據(jù)以滿足更為精確的定位要求。

本實(shí)驗(yàn)接收到RSSI值有200個(gè)，對其進(jìn)行高斯濾波，留下中間120個(gè)，對它們進(jìn)行從大到小排序，平均分為4組，編號(hào)為A、B、C、D，對各組的數(shù)據(jù)求平均值，分別記作RSSIA，RSSIB，RSSIC，RSSID。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文以TI公司的CC2430和CC2431為通信模塊（錨節(jié)點(diǎn)采用CC2430模塊，未知節(jié)點(diǎn)采用CC2431模塊），進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境如下：選擇存在電腦信號(hào)干擾、一定人員走動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室，室內(nèi)大小為10m×8m，在四個(gè)角落布置4個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，其坐標(biāo)分為（0，0），（0，8），（10，0），（10，8），錨節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)的采樣頻率都為5次/s，同一段連續(xù)時(shí)間后，未知節(jié)點(diǎn)采集到錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送的200次RSSI信號(hào)，每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)采集到其他不同錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送的200次RSSI信號(hào)，然后改變未知節(jié)點(diǎn)位置，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)10次，獲得10組不同的數(shù)據(jù)。

將采集的RSSI信號(hào)進(jìn)行高斯加權(quán)處理，分別用傳統(tǒng)的最小區(qū)域損耗模型方法和改進(jìn)了的模型參數(shù)方法來計(jì)算模型參數(shù)，進(jìn)而用對數(shù)模型將它們分別轉(zhuǎn)化為距離，然后通過三邊-區(qū)域質(zhì)心算法進(jìn)行室內(nèi)定位。本實(shí)驗(yàn)引用定位誤差e作為定位性能的判定，其公式為：e=（x-x0）2+（y-y0）2

由圖3可以看出，與傳統(tǒng)最小區(qū)域傳播損耗模型相比，改進(jìn)算法的定位誤差明顯減少。定位誤差的范圍由1.1m到2m不等變?yōu)?m到1.6m不等;定位誤差小于等于1.5m由原來的50%變?yōu)?0%;10組實(shí)驗(yàn)的定位誤差均值也由1.56減少為1.29。

5 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)表明，優(yōu)化了測距的三邊—區(qū)域質(zhì)心算法的定位誤差為1～1.6m，有效提高了室內(nèi)定位的精確度和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳麗，王學(xué)東，孫晶晶.基于改進(jìn)高斯濾波的室內(nèi)無線定位算法[J].電氣自動(dòng)化，2014，36（3）：31-33.

[2]張蒼松，郭軍，崔嬌.基于RSSI的室內(nèi)定位算法優(yōu)化技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2015，51（3）：235-238.

[3]李瑤怡，赫曉星，劉守印.基于路徑損模型參數(shù)實(shí)時(shí)估計(jì)的無線定位方法[J].傳感器學(xué)報(bào)，2010，23（9）：1328-1333.

[4]徐久強(qiáng)，劉偉.基于RSSI的WSN抗干擾定位算法[D].東北大學(xué)，2010.

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41374039）;國際科技合作項(xiàng)目（35-14）

作者簡介：程俊（1989-），男，漢族，碩士，主研方向：物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)。