一种基于rssi的三维加权质心定位算法

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1、第38卷第4期测绘科学Vol.38No.42013年07月ScienceofSurveyingandMappingJuly.一种基于RSSI的三维加权质心定位算法①②②①②②②陈群，高星伟，郭杭，李英成，李海涛，徐彦田(①南昌大学，南昌330031;②中国测绘科学研究院，北京100830)【摘要】定位技术是无线传感器网络的重要支撑技术。基于RSSI的定位技术以其不需额外的硬件、成本低廉而成为无线传感器网络的首选之一。本文在分析一些常用的算法基础上，提出了一种适用于RSSI技术的三维加权质心定位算

2、法，在室外用ZigBee硬件平台进行实验，结果表明定位误差在4m以内，相对定位误差在20%以内的概率到达70%。【关键词】RSSI模型;加权质心;ZigBee;三维定位【中图分类号】P215【文献标识码】A【文章编号】1009-2307(2013)04-0091-031引言2RSSI测距模型随着无线网络的普及和计算机技术的发展，基于位置根据无线传播规律，无线信号能量在传播过程中，会服务(LBS)在现实生活中越来越受关注，人们对定位与导有损耗，而这种损耗与传播路径相关。RSSI测距法，正是航的需求

3、日益增大。目前通用的GPS定位已经应用在各种利用此相关性得出发射节点到接受节点之间距离。在无线领域中，但是GPS在特殊环境中信号会中断或质量差，譬传播理论中称此种损耗为路径损耗，此种相关性建立的模［6］如在室内，地下通道，矿井，复杂建筑群中等。新兴的无型为路径损耗模型。路径损耗模型可分为:经验模型［1］［2］线导航定位技术相继出现，如Zigbee、RFID、(Empiricalmodel)、半确定性模型(Semi-deterministicmod-［3］［4］UWB、WIFI等。els)和确定性

4、模型(Deterministicmodels)。经验模型的一些ZigBee是一种以IEEE802.15.4标准为基础的，主要用参数范围，可以根据经验选取，模型较为简单，精度不高，于近距离的无线连接，能够实现多节点间的相互协调通信，易用于大致估计。确定性模型，基于电磁波传播理论和几只需要很少的能量，以自组网多跳的方式进行数据传输，何光学，对实际场地进行大量测试分析，并建立起相关的已被无线传感器网络(WSN)所广泛采用的一种无线通信技地理信息数据库，模型较为精确反映实际场地电波传播情术标准。基于Zi

5、gBee无线网络定位系统相对来说，有以下况。半确定性模型介于二者之间，抽样采集部分数据，通优点:成本低，功耗低，容量大，自愈能力强，可靠性高，［6-8］过一些数据处理拟合场地模型。很多研究表明，RSSI时延短。路径损耗可遵从(1)式:目前的定位算法从定位手段来说分两大类，基于测距d［5］。前者通PL(d)=PL(d0)－10Nlog()+Xδ(1)算法(range-based)和无需测距算法(range-free)d0过测量节点间点到点的距离或角度信息，后者则根据网络其中，d为接收端与发射端之间

6、的距离，d0为参考距连通性等信息即可估算节点位置。Range-based常用测距离，PL(d)为接收端在d处接收信号功率(dBm)，PL(d0)技术有:RSSI、TOA、TDOA、AOA;range-free的定位方为接收端在d0处的接收信号功率(dBm)，N依赖与周围环法主要有:质心法、DV-Hop算法、Amorphous算法和境和建筑物类型，Xδ表示标准偏差为δdB均值为0的高斯分APIT定位算法。基于测距的定位算法，必须首先获取节布随机变量。点间的距离，常用的测距技术有GPS、红外线、超声

7、波、在实际应用过程中，可取d0=1m，然后收集接收端RSSI等。GPS、红外线、超声波等测距技术都需要额外的RSSI值。这样一个简化的模型可以表示为:硬件与以支持，增加了硬件的成本和尺寸。基于RSSI(Re-PL(d)=A－Blog(d)(2)ceivedSignalStrengthIndication)测距技术无需额外的硬件，参数A－PL(d0)+Xδ表示接收端在1m处的接收信号普通的无线网络节点一般都能提取RSSI值，再根据无线强度值及其波动性，B=10n包含着实际环境的中的信号衰传播路径损

8、耗理论，推算出节点之间的距离即可。当有了减指数。A与B值可以根据实际环境采集大量数据，曲线多个距离后，就可以根据相关的定位算法估算用户节点的拟合确定。位置。本文分析了常用的RSSI模型，结合ZigBee网络的自身3一种改进三维加权质心定位算法特性设计了三维加权质心定位算法。在以TI公司CC2530［9］加权质心定位算法，其基本思想是在质心定位法，为核心的ZigBee定位系统中验证了算法的有效性。通过加权因子来反映参考节点对质心坐标决定权的大小，利用加权因子来体现各参考节点对质心位置的影响程度，反