無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

1、無(wú)無(wú) 線線 傳傳 感感 器器 網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)彭彭 帥帥 2015.10.20 2015.10.20 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概要無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(jì)劃以后的工作計(jì)劃什么是無(wú)線傳感器網(wǎng)？無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)構(gòu)成的一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的資源受限網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)為中心網(wǎng)絡(luò)的自組織性網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)管理和高度協(xié)作性傳感網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量低成本、低功耗的微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織方式連接而成,能夠?qū)崟r(shí)感知、監(jiān)測(cè)和采集覆蓋區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境信息,并進(jìn)行處理后報(bào)告給

2、感興趣的用戶。其具有部署靈活、可靠性強(qiáng)、擴(kuò)展方便、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn),在軍事安全、工業(yè)控制、醫(yī)療衛(wèi)生及環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。傳感網(wǎng)的缺點(diǎn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)往往應(yīng)用在惡劣的外部環(huán)境或無(wú)人區(qū)域,能量通常是由干電池或紐扣電池來(lái)供電,很難進(jìn)行補(bǔ)充。應(yīng)用領(lǐng)域軍事領(lǐng)域環(huán)境應(yīng)用醫(yī)療應(yīng)用工農(nóng)商業(yè)應(yīng)用智能交通公共安全節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)1.什么是節(jié)點(diǎn)定位？節(jié)點(diǎn)定位是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵的技術(shù)之一。定位,即是獲得傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信息。2.為什么要進(jìn)行節(jié)點(diǎn)定位呢？它是基于目標(biāo)位置的系統(tǒng)和服務(wù)的基礎(chǔ),在不知道傳感器節(jié)點(diǎn)的位置而感知到的數(shù)據(jù)信息是毫無(wú)意義的。定位算法的分類基于測(cè)距的方法到達(dá)時(shí)間

3、(TOA) 到達(dá)時(shí)間差 (TDOA)到達(dá)角度 (AOA）接收信號(hào)強(qiáng)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(huì)選擇這個(gè)算法？主要是因?yàn)樗Y(jié)合了基于距離算法相對(duì)精度較高與基于非距離功耗小、算法相對(duì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。算法兩大流程基本術(shù)語(yǔ)信標(biāo)（錨）節(jié)點(diǎn)：信標(biāo)節(jié)點(diǎn)為監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)位置已知的節(jié)點(diǎn)。未知節(jié)點(diǎn)：監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)除信標(biāo)節(jié)點(diǎn)以外的節(jié)點(diǎn)被稱為未知節(jié)點(diǎn)。鄰居節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)通信半徑內(nèi)的所有其他節(jié)點(diǎn)的集合。跳數(shù)：兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的跳斷總數(shù)。跳距：兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的各個(gè)跳斷的距離之和。接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）：節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)時(shí)顯

4、示的信號(hào)強(qiáng)弱狀態(tài)。1.RSSI測(cè)距RSSI算法是一種基于測(cè)距的定位算法，它利用無(wú)線傳輸模型無(wú)線傳輸模型的衰減特性，接收節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率,計(jì)算傳輸過(guò)程中的能量損耗，使用經(jīng)驗(yàn)理論模型將能耗轉(zhuǎn)化為距離。常見(jiàn)的傳輸模型常見(jiàn)的傳輸模型：自由空間傳輸模型 兩路徑地面反射模型 對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型 對(duì)數(shù)正態(tài)陰影模型對(duì)數(shù)正態(tài)陰影模型計(jì)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(hào)功率； 是參考距離點(diǎn)對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)功率；是一個(gè)均值為0的高斯隨機(jī)變量，反映了當(dāng)距離一定時(shí)，接收信號(hào)功率的變化；n為路徑損耗指數(shù)，是一個(gè)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(diǎn)所能感知的錨節(jié)點(diǎn)信息,這些錨節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)多邊形區(qū)域,然后計(jì)算這個(gè)多邊形的中心坐標(biāo),即所有節(jié)點(diǎn)平均值,就是所求的質(zhì)心節(jié)點(diǎn)。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(gè)錨節(jié)點(diǎn)是通過(guò) RSSI 測(cè)距選定的三個(gè)合適的錨節(jié)點(diǎn)，三個(gè)圓 A，B，C 兩兩相交于 D，E，F(xiàn) 點(diǎn)。未知節(jié)點(diǎn) O 落在三角形 DEF 中，A，B,C 三點(diǎn)的坐標(biāo)和圓的半徑已知，通過(guò)聯(lián)立三個(gè)圓的方程求得 D,E,F 點(diǎn)坐標(biāo)。點(diǎn) O 的估計(jì)坐標(biāo)就是三角形 DEF 的質(zhì)心

6、坐標(biāo)，通過(guò)下式求得：aaaryyxx22)()(bbbryyxx22)()(cccryyxx22)()()3,3(),(fedfediiyyyxxxyx以后的工作計(jì)劃打算改進(jìn)的算法：基于RSSI加權(quán)質(zhì)心定位算法入手點(diǎn)：主要從以下兩個(gè)方向入手。如下： 1.對(duì)RSSI測(cè)距樣本值進(jìn)行校正優(yōu)化 2.對(duì)質(zhì)心算法的加權(quán)方式進(jìn)行改進(jìn) 3.對(duì)傳輸模型中的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行改進(jìn) 由于RSSI質(zhì)心定位算法當(dāng)中需要通過(guò)無(wú)線傳輸模型計(jì)算出未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離來(lái)進(jìn)行定位，所以要求所求距離越精準(zhǔn)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(jiàn)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(shí)驗(yàn)室1.4n2.2走廊1.9n2.2操場(chǎng)2.7n3.4陽(yáng)臺(tái)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