基于RSSI的无线传感器网络定位技术研究及应用

本文在现有的定位技术基础上,主要研究基于接收信号强度(Received Signal Strength Indicator,RSSI)的无线传感器网络定位技术。

湖南大学

硕士学位论文

基于RSSI的无线传感器网络定位技术研究及应用

姓名：杜敏

申请学位级别：硕士

专业：信息与通信工程

指导教师：刘钰峰;李仁发

20090428

本文在现有的定位技术基础上,主要研究基于接收信号强度(Received Signal Strength Indicator,RSSI)的无线传感器网络定位技术。

基于ＲＳＳＩ的无线传感器网络定位技术研究及应用

摘要

微机电系统、无线通信和数字电子技术的进步孕育了无线传感器网络技术

（ＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋ，ｗＳＮ），无线传感器网络将改变我们与客观世界的交

互方式。定位技术作为无线传感器网络的一项重要应用，已经得到了广大科研人员长时间的广泛关注。本文在现有的定位技术基础上，主要研究基于接收信号强度（ＲｅｃｅｉｖｅｄＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｏｒ，ＲＳＳＩ）的无线传感器网络定位技术。

首先，本文分析了当前无线传感器网络定位技术的应用概况，指出了当前定

位技术的优缺点所在。

Ｓｃａｌｉｎｇ，ＮＭＤＳ）的定位算法——彻Ｓ．ＲＳＳＩ中存在ＲＳＳＩ值随机误差大的缺点，

引入了极大似然估计（ＭａｘｉｍｕｍＬｉｋｅｌｉｈｏｏｄ然后，本文考虑到基于非度量多维标度（Ｎｏｎ．ＭｅｔｒｉｃＭｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＥｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ＭＬＥ）的思想，利用多

次测量求平均的方式来有效地降低ＲＳＳＩ值的测量误差，由此提出了

ＮＭＤＳ．ＭＬＥ－ＲＳＳＩ算法，提出了算法的网络通信模型并分析了其应用背景。

接下来，本文利用ＭＡＴＬＡＢ仿真工具对ＮＭＤＳ．ＭＬＥ．ＲＳＳＩ算法进行了仿真

实验，实验结果表明，ＮＭＤＳ．ＭＬＥ．ＲＳＳＩ算法最适合应用于室内环境，应用于矿井隧道环境时，由于应用环境狭长的特点，定位结果会有一定的扭曲现象。

此外，针对矿井隧道这一应用环境的特点以及ＲＳＳＩ在实际应用中所表现出

来的易跳变的特性，本文基于加权的思想，利用ＲＳＳＩ值对锚节点（即位置已知的节点）的坐标进行加权，根据多个锚节点的平均加权坐标得出待定位节点位置信息，从而提出了一种加权质心（ＷｅｉｇｈｔｅｄＣｅｎｔｒｏｉｄ，ＷＣ）的定位算法——

ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＺｉｇｂｅｅＳｔａｃｋ，ＲＳＳＩ．ＷＣ。本文利用德州仪器Ｚｉｇｂｅｅ协议栈（Ｔｅｘａｓ

ＴＩＺ．Ｓｔａｃｋ）以及实验室开发的ＣＣ２４３０节点和Ｓｅｎｓｏｒ－Ｖｉｅｗ图形界面在类似于矿井隧道的环境中做了相关的实物实验，取得了良好的定位性能。

关键词：无线传感器网络；定位；接收信号强度指示；矿井隧道

本文在现有的定位技术基础上,主要研究基于接收信号强度(Received Signal Strength Indicator,RSSI)的无线传感器网络定位技术。

Ａｂｓｔｒａｃｔ

ＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋ（ＷＳＮ）ｉｓｇｒｏｗｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ

ａｎｄｏｆＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ．ｅｌｅｃｔｒｏ．ｍｅｃｈａｎｉｓｍ

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＷＳＮ

ｗｏｒｌｄ．Ａｓａｎｓｙｓｔｅｍ），ｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｄｉｇｉｔａｌｖｅｗｉｌｌｃｈａｎｇｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅｍｏｄｅｂｅｔｗｅｅｎｈｕｍａｎａｎｄｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｉｍｐｏｒｔａｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎＷＳＮ，ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｃｏｎｃｅｒｎｅｄｂｙ

ａｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｆｏｒ

ｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒｌｏｎｇｔｉｍｅ．Ｂａｓｅｄｏｎｃｕｒｒｅｎｔｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｔｈｅｍａｉｎｔａｓｋｓａｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｕｓｉｎｇＲｅｃｅｉｖｅｄＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｏｒ（ＲＳＳＩ）ｉｎＷＳＮ．

Ｆｉｒｓｔ．ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｃｕｒｒｅｎｔＩｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎ

ＷＳＮ，ａｎｄｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈｅ

Ｔｈｅｎ，ｂｅｃａｕｓｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｍ．ｅｒｒｏｒｔｈｅｒａｎｄｏｍｏｆＲＳＳＩｉｎＮＭＤＳ—ＲＳＳＩ，ｗｈｉｃｈ

ｇｒｅａｔ，ＳＯｂａｓｅｄｏｎＮｏｎ．ＭｅｔｒｉｃＭｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＳｃａｌｉｎｇ（ＮＭＤＳ），ｉｓｍａｘｉｍｕｍｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ

ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｉＳｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＥｒｒｏｒｉＳｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｄｔｈｒｏｕｇｈｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅａｆｔｅｒｓｅｖｅｒａｌｍｅａｓｕｒｅｓ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓＮＭＤＳ ＭＬＥ－ＲＳＳＩａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａｎｄｎｅｔｗｏｒｋｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｆｏｒｉｔ．ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｉＳａｎａｌｙｚｅｄ．

Ａｎｄｔｈｅｎ．ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｉｍｕｌａｔｅｓＮＭＤＳ．ＭＬＥ—ＲＳＳｌｗｉｔｈＭＡＴＬＡＢｔｏｖｅｒｉｆｙｉｔｓ

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔＮＭＤＳ．ＭＬＥ．ＲＳＳＩｉｓｂｅｔｔｅｒｆｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｎｄｏｏｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．ＬｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｈａｖｅｃｅｒｔａｉｎｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｗｈｅｎＮＭＤＳ．Ⅳ几Ｅ．ＲＳＳＩｉｓｅｍｐｌｏｙｅｄｉｎｍｉｎｅｔｕｎｎｅｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｉｓｌｏｎｇａｎｄｎａｌＴＯＷ．

Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ＲＳＳＩｖａｌｕｅｉｓｅａｓｙｔｏｊｕｍｐｉｎｐｒａｃｔｉｃａｌ．Ａｉｍｅｄａｔｍｉｎｅｔｕｎｎｅｌ

ｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｏｆａｎｃｈｏｒ（ｐｏｓｉｔｉｏｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｗｅｉｇｈｔｓｋｎｏｗｎ）

ｎｏｄｅｗｉｔｈＲＳＳＩｂｅｔｗｅｅｎａｎｃｈｏｒａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎ—ｕｎｋｎｏｗｎｎｏｄｅ，ｔｈｅｎｃａｌｃｕｌａｔｅｓｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｏｆｐｏｓｉｔｉｏｎ．ｕｎｋｎｏｗｎｎｏｄｅｂｙａｖｅｒａｇｅｗｅｉｇｈｔｅｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｏｆｓｅｖｅｒａｌａｎｃｈｏｒｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓ

ｐａｐｅｒｄｏｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｉｎａａＲＳＳＩ－ＷｅｉｇｈｔｅｄＣｅｎｔｒｏｉｄｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ．ＴｈｉｓｍｉｎｅｔｕｎｎｅｌｌｉｋｅｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｗｉｔｈＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ

ｏｕｒＺ．Ｓｔａｃｋｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＣＣ２４３０ｎｏｄｅｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｌａｂｏｒａｔｏｒｙａｎｄｔｈｅＰＣＳｏｆｔｗａｒｅ

Ｓｅｎｓｏｒ－Ｖｉｅｗ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｐｅｒ …… 此处隐藏：12732字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……