無線傳感器網(wǎng)絡

1、無無 線線 傳傳 感感 器器 網(wǎng)網(wǎng) 絡絡節(jié)點定位技術(shù)節(jié)點定位技術(shù)彭彭 帥帥 2015.10.20 2015.10.20 無線傳感器網(wǎng)絡的概要無線傳感器網(wǎng)絡的概要基于基于RSSIRSSI的質(zhì)心定位算法的質(zhì)心定位算法以后的工作計劃以后的工作計劃什么是無線傳感器網(wǎng)？無線傳感器網(wǎng)絡就是由大量的密集部署在監(jiān)控區(qū)域的智能傳感器節(jié)點構(gòu)成的一種網(wǎng)絡應用系統(tǒng)。傳感器網(wǎng)絡的特點網(wǎng)絡的規(guī)模大網(wǎng)絡節(jié)點的資源受限網(wǎng)絡以數(shù)據(jù)為中心網(wǎng)絡的自組織性網(wǎng)絡的自動管理和高度協(xié)作性傳感網(wǎng)的優(yōu)點無線傳感器網(wǎng)絡由大量低成本、低功耗的微型傳感器節(jié)點通過自組織方式連接而成,能夠?qū)崟r感知、監(jiān)測和采集覆蓋區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境信息,并進行處理后報告給

2、感興趣的用戶。其具有部署靈活、可靠性強、擴展方便、經(jīng)濟性好等特點,在軍事安全、工業(yè)控制、醫(yī)療衛(wèi)生及環(huán)境監(jiān)測等領域具有廣泛的應用前景,受到學術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。傳感網(wǎng)的缺點無線傳感器網(wǎng)絡往往應用在惡劣的外部環(huán)境或無人區(qū)域,能量通常是由干電池或紐扣電池來供電,很難進行補充。應用領域軍事領域環(huán)境應用醫(yī)療應用工農(nóng)商業(yè)應用智能交通公共安全節(jié)點定位技術(shù)1.什么是節(jié)點定位？節(jié)點定位是無線傳感器網(wǎng)絡中關(guān)鍵的技術(shù)之一。定位,即是獲得傳感器節(jié)點的位置信息。2.為什么要進行節(jié)點定位呢？它是基于目標位置的系統(tǒng)和服務的基礎,在不知道傳感器節(jié)點的位置而感知到的數(shù)據(jù)信息是毫無意義的。定位算法的分類基于測距的方法到達時間

3、(TOA) 到達時間差 (TDOA)到達角度 (AOA）接收信號強度指示(RSSI)基于非距離的方法APS 算法APIT算法質(zhì)心算法Amorphous算法基于基于RSSIRSSI的質(zhì)心定位算法的質(zhì)心定位算法為什么會選擇這個算法？主要是因為它結(jié)合了基于距離算法相對精度較高與基于非距離功耗小、算法相對簡單的優(yōu)點。算法兩大流程基本術(shù)語信標（錨）節(jié)點：信標節(jié)點為監(jiān)測區(qū)域內(nèi)位置已知的節(jié)點。未知節(jié)點：監(jiān)測區(qū)域內(nèi)除信標節(jié)點以外的節(jié)點被稱為未知節(jié)點。鄰居節(jié)點：節(jié)點通信半徑內(nèi)的所有其他節(jié)點的集合。跳數(shù)：兩個節(jié)點之間的跳斷總數(shù)。跳距：兩個節(jié)點之間的各個跳斷的距離之和。接收信號強度指示（RSSI）：節(jié)點接收信號時顯

4、示的信號強弱狀態(tài)。1.RSSI測距RSSI算法是一種基于測距的定位算法，它利用無線傳輸模型無線傳輸模型的衰減特性，接收節(jié)點的發(fā)射功率,計算傳輸過程中的能量損耗，使用經(jīng)驗理論模型將能耗轉(zhuǎn)化為距離。常見的傳輸模型常見的傳輸模型：自由空間傳輸模型 兩路徑地面反射模型 對數(shù)距離路徑損耗模型 對數(shù)正態(tài)陰影模型對數(shù)正態(tài)陰影模型計算公式：式中d為接收端與發(fā)射端之間的距離, 為參考距離,一般取1米; 是接收端接收的信號功率； 是參考距離點對應的接收信號功率；是一個均值為0的高斯隨機變量，反映了當距離一定時，接收信號功率的變化；n為路徑損耗指數(shù)，是一個與環(huán)境有關(guān)的數(shù)值。XddndPLdBdPL)(log10)(

5、)(01000d)(dPL)(0dPLX2.質(zhì)心定位算法質(zhì)心定位算法首先要確定待求的未知節(jié)點所能感知的錨節(jié)點信息,這些錨節(jié)點構(gòu)成一個多邊形區(qū)域,然后計算這個多邊形的中心坐標,即所有節(jié)點平均值,就是所求的質(zhì)心節(jié)點。如圖：)4,4(),(0dcbadcbaoyyyyxxxxYX基于RSSI的質(zhì)心定位流程示例：如下圖所示，A，B，C 三個錨節(jié)點是通過 RSSI 測距選定的三個合適的錨節(jié)點，三個圓 A，B，C 兩兩相交于 D，E，F(xiàn) 點。未知節(jié)點 O 落在三角形 DEF 中，A，B,C 三點的坐標和圓的半徑已知，通過聯(lián)立三個圓的方程求得 D,E,F 點坐標。點 O 的估計坐標就是三角形 DEF 的質(zhì)心

6、坐標，通過下式求得：aaaryyxx22)()(bbbryyxx22)()(cccryyxx22)()()3,3(),(fedfediiyyyxxxyx以后的工作計劃打算改進的算法：基于RSSI加權(quán)質(zhì)心定位算法入手點：主要從以下兩個方向入手。如下： 1.對RSSI測距樣本值進行校正優(yōu)化 2.對質(zhì)心算法的加權(quán)方式進行改進 3.對傳輸模型中的環(huán)境參數(shù)進行改進 由于RSSI質(zhì)心定位算法當中需要通過無線傳輸模型計算出未知節(jié)點與信標節(jié)點的距離來進行定位，所以要求所求距離越精準越好。然而傳輸模型比較依賴環(huán)境，環(huán)境的不同環(huán)境衰減系數(shù)n一般不同。常見的環(huán)境衰減系數(shù)如表格：環(huán)境條件路徑衰減指數(shù)n實驗室1.4n2.2走廊1.9n2.2操場2.7n3.4陽臺1.4n2.4庭院2.8n3.8巷子2.1n3.0草地4.6n5.1馬路3.3n3.7初步原理Xddnd