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基于无线传感器网络节点用于监测系统中的定位算法

基于无线传感器网络节点用于监测系统中的定位算法

点击数:7158 次   录入时间:03-04 11:46:02   整理:http://www.55dianzi.com   传感-检测-采集技术

3 节点定位的实现
3.1 定位系统的工作原理
   
节点的定位计算主要是在网关上完成的。本定位系统中采用了Android平板电脑做网关,网关通过监牙通信和中心节点上的蓝牙模块建立连接,蓝牙配对成功后,中心节点将未知节点上传的与之通信锚节点的RSSI值和对应锚节点ID信息通过蓝牙模块无线透传给网关,在网关上进行计算。定位系统原理如图4所示。

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    3.2 定位实现的步骤
   
(1) RSSI值的获取
    在成功组建Zigbee网络后,锚节点周期性的向周同广播一个包含自身ID的信标信号,在通信范围内的未知节点接收到信标信号以后,通过调用API函数获取与自己通信锚节点的RSSI值和对应的锚节点ID号,使用的API函数主要包括:emberIneoming MessageHandler主要是处理节点接收到的信息,在这个函数里面再调用API函数emberGetSender,获取发送节点编号(node ID):调用API函数emberGetLastHopRssi,获取目前接收信息的信号强度;调用API函数emberSendUnICast将接收到的数据发送给中心节点,最终在中心节点调用API函数emberSerialPri ntf将数据通过串口发送给网关。获取RSSI值的部分代码如下:
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        在PC机上测试获取到的RSSI值和ID节点信息,如图5所示。

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    (2)定位的计算
    在Android平板上提取出来与未知节点通信超过所设阈值的锚节点ID号和RSSI值,并对RSSI值求平均值,根据事先标定出的A值和当前环境传播因子n,通过式计算出未知节点和每个锚节点之间的距离di,最后通过式(5)计算出未知节点的坐标。

4 定位的测试
   
基于RSSI测距时需要标定出(3)式中的常数A和传播因子n。标定这个两个因素可通过星型Zigbee网络来实现,成功组网后将中心节点通过USB转串口线和PC机相连,通过串口调试器观察中心节点获取的RSSI值和对应子节点ID号。
4.1 A值的标定
   
A值即距离发射节点1m远处接收到的信号强度,为了减小误差,同时测量了距离中心节点1 m远的三个不同方向上中心节点和子节点通信的RSSI值,如图6所示。

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    共测试了9组数据,测试结果如表1所示。

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    经过计算,中心节点在1 m远处接收到终端节点的RSSI平均值是-73.1052632,故取A=-73dBm。
4.2 n值的标定
   
基于已标定的A,来标定n值,,选择测量直线相距发射节点5 m远处接收到的信号强度,共测量20组数据,如表2所示。

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    经过计算得n的平均值为2.5037,故选择n=3。
4. 3 定位的测试
   
定位测试在一片空旷的场地上进行的,选择了6个无线传感器网络节点组建Zigbee网络,1个中心节点、1个未知节点和4个锚节点,节点的发射功率设置为0 dBm。4个锚节点提前人工布置于一块8 mx8 m的正方形地面四角,未知节点位于正方形中心,中心节点布置在正方形外围,整个节点布局如图7所示。

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    测试中发现一个锚节点没有入网,未知节点与3个锚节点通信,接收到RSSI值如下表3所示:

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    已知与未知节点通信的三个锚节点的相对坐标为: (0,0)(0,8)(8,8),A=-73,n=3,经过计算得:未知节点和与之通信的3个锚节点通信的RSSI均值分别为-92.6、-93.2、-92.1,未知节点和锚节点之间的距离分别为:d1=4.501;d2=4.713;d3=4.332;未知节点的坐标为: (x,y)=(3.391,3.535)。
4.4 误差分析
   
实际情况下,未知节点的相对坐标应该是(4,4),实际箅出来的坐标是(3.391,3.535),所以实际测量是存在误差的。误差计算如下式:
    w.JPG

  5 结束语
   
本文基于无线传感器网络节点的自主设计,采用基于RSSI的加权质心算法实现了WSN节点的自定位。通过实际测试证明,相对于单一的质心定位算法,该算法利用得到的RSSI作为权值来修正质心定位的结果,提高了定位精度,且易于实现,能够满足大多数的实际应用中定位的需求。另一方面,在实际测试中发现,RSSI值易受到多径、障碍物等环境因素的影响,故存RSSI测距中引进了较多的误差,基于RSSI测距的精度还有待进一步的提高。



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