謝燁

摘要：隨著當(dāng)前科學(xué)水平的不斷提高，無(wú)線傳感器在當(dāng)前社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域都有所應(yīng)用。無(wú)線傳感器在很大程度上幫助人們解決了很多傳統(tǒng)意義上實(shí)現(xiàn)不了的難題，無(wú)線傳感器技術(shù)在當(dāng)前的人員安全管理上起到了非常重要的作用，本文我們主要來(lái)探討基于RSSI的無(wú)線傳感器的相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器；RSSI；加權(quán)定位算法

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）33-0262-02

隨著當(dāng)前科技的不斷發(fā)展和完善，無(wú)線傳感器的相關(guān)定位算法有很多種，主要有通過(guò)信號(hào)傳輸時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)定位測(cè)算的，通過(guò)時(shí)間傳輸?shù)牟町悂?lái)進(jìn)行距離測(cè)算的，以及通過(guò)信號(hào)在傳輸過(guò)程中所損耗的能量來(lái)進(jìn)行距離測(cè)算的三種，本文我們主要來(lái)探討最后一種基于信號(hào)在傳輸中的強(qiáng)度損耗問(wèn)題來(lái)判斷距離的方式，也就是RSSI。

1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容

1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概念

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要是當(dāng)前科學(xué)技術(shù)以及信息技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在一定程度無(wú)線傳感器的迅速發(fā)展為人類的各項(xiàng)活動(dòng)奠定了一定的基礎(chǔ)。當(dāng)前無(wú)線傳感器技術(shù)的發(fā)展主要是通過(guò)在目標(biāo)區(qū)域部署一定的傳感器，通過(guò)傳感器對(duì)周圍環(huán)境信號(hào)的測(cè)定以及信息處理和反饋，將所收集的信息數(shù)據(jù)處理成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的信號(hào)之后進(jìn)行上傳，所有的傳感器將信號(hào)數(shù)據(jù)處理之后形成的系統(tǒng)化的網(wǎng)絡(luò)就實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)區(qū)域的監(jiān)控。當(dāng)前無(wú)線傳感器的發(fā)展是非常迅速的，不同于傳統(tǒng)的通信技術(shù)，無(wú)線傳感器能夠在極端惡劣的天氣以及環(huán)境之下發(fā)揮有效的作用，在很大程度上被用于當(dāng)前軍事發(fā)展中的信息搜集以及人員救援技術(shù)。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要由以下幾個(gè)部分組成，傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)以及任務(wù)管理中心等。傳感器節(jié)點(diǎn)主要就是為了接收實(shí)際環(huán)境的信號(hào)，將信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)據(jù)類型，然后不同的傳感器信號(hào)匯集到匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)將所獲取到的整體環(huán)境的信息數(shù)據(jù)通過(guò)衛(wèi)星的設(shè)備直接傳入到任務(wù)管理中心，從而在任務(wù)管理中心實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的監(jiān)控。

無(wú)線傳感器之所以能夠得到廣泛的應(yīng)用主要是由于無(wú)線傳感器其自身的適應(yīng)能力以及在一些極端惡劣環(huán)境之下，無(wú)線傳感器中傳感器的節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)實(shí)際環(huán)境來(lái)進(jìn)行形態(tài)的轉(zhuǎn)變，從而更好地適應(yīng)環(huán)境，更好的實(shí)現(xiàn)環(huán)境的監(jiān)控以及測(cè)距等工作。傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部存在大量的硬件設(shè)備，從傳感器模塊到信息數(shù)據(jù)處理模塊再到信息數(shù)據(jù)傳輸模塊，不同的模塊扮演了不同的角色，起到的作用也不同，傳感器模塊主要對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行信號(hào)收集，數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的處理作用，而最后的通信傳輸模塊則主要實(shí)現(xiàn)對(duì)信息數(shù)據(jù)的傳輸作用。

1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的方式有多種，主要分為絕對(duì)定位以及相對(duì)定位、物理定位和符號(hào)定位，基于距離定位和距離無(wú)關(guān)定位以及集中式和分布式定位等方式。本文我們主要探討基于距離的定位和與距離無(wú)關(guān)的定位方式這兩種。在這一方式中，基于距離定位的無(wú)線傳感測(cè)算方式有通過(guò)信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)定位，通過(guò)信號(hào)傳輸過(guò)程中所花費(fèi)的能量來(lái)測(cè)定位置距離兩種方式。

對(duì)于基于信號(hào)傳輸過(guò)程中所消耗的能量來(lái)進(jìn)行目標(biāo)地點(diǎn)的定位過(guò)程所借助的算法有以下幾個(gè)方式，加權(quán)質(zhì)心法以及加權(quán)定位算法等。對(duì)于RSSI的無(wú)線傳感器的加權(quán)定位算法來(lái)說(shuō)，由于其需要根據(jù)實(shí)際的距離來(lái)進(jìn)行定位，在進(jìn)行加權(quán)算法的過(guò)程中，在人力和物力上的消耗是非常大的，但是同樣所實(shí)現(xiàn)的定位精度較其他方式來(lái)說(shuō)要更高一些。

2 基于RSSI的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)加權(quán)定位算法

在無(wú)線傳感器的發(fā)展過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)一直是一個(gè)重點(diǎn)所在，尤其是對(duì)于RSSI的無(wú)線傳感器定位技術(shù)來(lái)說(shuō)。在進(jìn)行定位過(guò)程中所需要的硬件設(shè)備要求較低，并且所測(cè)得精度比較高，因此受到了人們的熱捧。但是基于RSSI的無(wú)線傳感器定位技術(shù)也具有一定的局限性，在我們的實(shí)際距離定位過(guò)程中，如果實(shí)際所處的環(huán)境非常差，對(duì)于信號(hào)的影響非常大的話，那么對(duì)于RSSI無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位精度的影響也是非常大的，因?yàn)镽SSI對(duì)于距離的測(cè)定主要是通過(guò)對(duì)信號(hào)傳輸過(guò)程中所耗費(fèi)的能量進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算，從而得出距離定位。但是不同的環(huán)境對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的影響是不同的，因此如何采取有效的措施來(lái)改善由于環(huán)境的影響而使得RSSI定位精度出現(xiàn)偏差是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。

2.1 RSSI傳播模型

對(duì)于RSSI無(wú)線傳感器定位來(lái)說(shuō)，我們根據(jù)不同的環(huán)境劃分出了不同的模型。首先對(duì)于自由空間傳播模型來(lái)說(shuō)，這一模型主要是針對(duì)在實(shí)際環(huán)境中理想情況下的模型，模擬在我們信號(hào)發(fā)送和信號(hào)接收的過(guò)程中沒(méi)有阻礙，可以直接到達(dá)并且進(jìn)行信號(hào)的接收情況。那么我們?cè)O(shè)發(fā)送傳感器以及接受傳感器之間的距離為X，發(fā)射的功率為P，A為波長(zhǎng)，發(fā)射天線以及接收天線的增益分別為Gt和Gr，我們將K設(shè)為在信號(hào)發(fā)送過(guò)程中的損耗系數(shù)，則我們?cè)诮邮仗幩@取到的信號(hào)功率PT就可以求出。

具體公式為PT=PGtGrA/（4π）2X2K

我們需要嚴(yán)格注意的一個(gè)問(wèn)題是對(duì)于自由空間傳播模型來(lái)說(shuō)，進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程必須要在傳播模型可傳輸范圍之內(nèi)，也就是在接收節(jié)點(diǎn)的范圍要在發(fā)射結(jié)點(diǎn)范圍之內(nèi)才能夠?qū)崿F(xiàn)信息數(shù)據(jù)的傳輸，否則是無(wú)法實(shí)現(xiàn)距離測(cè)定的。

其次就是雙線地面反射模型，對(duì)于這一反射模型來(lái)說(shuō)，不同于自由空間模型，它考慮到了信號(hào)在傳輸過(guò)程中碰到障礙物所產(chǎn)生的反射情況。在很多情況下，自由空間模型所需要的理想空間環(huán)境是有一定局限的，因此雙線地面反射模型為了更好地適應(yīng)環(huán)境而出現(xiàn)，這一反射模型在計(jì)算接收信號(hào)處接電功率的過(guò)程中考慮到了信號(hào)傳輸與信號(hào)反射的之間的關(guān)系，使得計(jì)算更加精確。

其具體的計(jì)算公式為PT=PGtGrhthr/d4L，其中ht和hr分別為發(fā)送天線以及接收天線的高度

總的來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行RSSI定位算法的模型設(shè)計(jì)上，根據(jù)不同的環(huán)境我們采取的模型是不同的，下面我們具體來(lái)看一下基于RSSI測(cè)距的加權(quán)質(zhì)心定位算法。

2.2 基于RSSI測(cè)距的加權(quán)質(zhì)心定位算法以及改進(jìn)算法

之所以需要對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位采取加權(quán)算法，是因?yàn)樵谖覀儗?shí)際傳感器的信號(hào)接收過(guò)程中，不同傳感器所接受到的信號(hào)的權(quán)重是不同的，因此在此我們需要賦予每一個(gè)傳感器的節(jié)點(diǎn)位置獲取到的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行權(quán)重的分配，然后根據(jù)前面我們提到的模型設(shè)計(jì)來(lái)計(jì)算距離。一般來(lái)說(shuō)，采用質(zhì)心定位算法來(lái)確定未知位置的確定方位需要三個(gè)已知節(jié)點(diǎn)的具體坐標(biāo)，通過(guò)對(duì)三個(gè)位置進(jìn)行權(quán)重分配之后，根據(jù)特定的公式計(jì)算出未知位置的距離。

但是前面我們所討論的基于RSSI無(wú)線傳感器的質(zhì)點(diǎn)加權(quán)算法并沒(méi)有考慮到實(shí)際所設(shè)定三個(gè)坐標(biāo)之間的信號(hào)影響問(wèn)題，往往我們提前所設(shè)定的三個(gè)信號(hào)節(jié)點(diǎn)處信號(hào)之間會(huì)產(chǎn)生一定的影響，從而導(dǎo)致RSSI測(cè)量存在較大的誤差。而且往往傳統(tǒng)的質(zhì)心加權(quán)定位算法在一定程度上考慮到了傳感節(jié)點(diǎn)之間的權(quán)重問(wèn)題，但是對(duì)傳感節(jié)點(diǎn)之間的距離沒(méi)有有效的處理，使得所選取的節(jié)點(diǎn)如果距離目標(biāo)節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)，并且還不進(jìn)行合理權(quán)重的分配，那么對(duì)于實(shí)際RSSI的測(cè)算效果也造成了較大的影響。因此我們?cè)谶M(jìn)行RSSI質(zhì)心加權(quán)定位算法的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)合理的分配信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離權(quán)重問(wèn)題，重視信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離問(wèn)題，就能夠大大提高質(zhì)心加權(quán)定位算法的準(zhǔn)確度。其次就是在信號(hào)強(qiáng)度測(cè)算的過(guò)程中充分考慮到信號(hào)反射過(guò)程所造成的信號(hào)強(qiáng)度損失，將這部分損失排除在RSSI計(jì)算過(guò)程之外。

3 總結(jié)

綜合上文所述，本文我們主要從無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)概念以及無(wú)線傳感器在當(dāng)前社會(huì)中的應(yīng)用出發(fā)，對(duì)無(wú)線傳感器的網(wǎng)絡(luò)加權(quán)定位算法進(jìn)行了詳細(xì)的剖析，在目前來(lái)看，對(duì)于無(wú)線傳感器的加權(quán)定位算法應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際的環(huán)境情況來(lái)選擇合理的模型，并且基于RSSI的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)加權(quán)定位算法需要合理考慮到信號(hào)在傳輸過(guò)程中由于反射造成的信號(hào)強(qiáng)度損失問(wèn)題，充分保證對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)加權(quán)定位算法的精度和準(zhǔn)確性，并且希望在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，專業(yè)人員能夠加強(qiáng)無(wú)線傳感器的應(yīng)用，使得計(jì)算方式更加精確，從而提升傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能效果。

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