基于RSSI无线传感网络室内定位算法研究

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无线传感网络(Wireless Sensor Network,WSN)是结合传感技术、微处理技术以及无线通信技术为一体的现代化产物。随着无线传感器网络技术的快速发展,以及无线传感网络与互联网的联合应用,使得无线传感器网络受到极大关注。无线传感器的经济成本低、易于部署、可扩展性以及自组织性,使其在军事、医疗、智能家居等领域都有了长足发展。定位技术作为无线传感网络的关键技术,为无线传感器网络的路由优化、网络管理优化以及覆盖率评估提供了有效手段,因此节点的定位算法也成为重要研究方向。本文在研究室内定位以及定位算法的现有理论基础上,深入研究基于RSSI的质心定位算法、分析RSSI值的影响以及提出改进算法,进一步研究将其测距方式应用到三维定位模型的可行性。本文的主要工作如下:(1)详细介绍无线传感器网络定位技术以及分类,重点介绍基于TOA、TDOA、AOA、RSSI需要测量节点距离定位原理,对比分析这些技术局限性,阐明几种常见的定位系统的性能评价指标。(2)阐述无线电信号在环境中传播的双线模型、规则模型和不规则模型,重点分析后两种测距模型。并探究在Logarithmic attenuation模型中影响RSSI值的因素:路径损耗A和路径衰减系数n。以MATLAB为仿真平台,对各个模型进行仿真分析,研究无线信号的空间传输特性,以及对模型的优化处理,使其更近似于实际环境。(3)提出基于RSSI高斯校正质心定位算法,对RSSI值进行高斯滤波预处理,进行滤波阈值判断,筛选RSSI值后,并对其进行测距处理,而后对其进行质心定位,估计未知节点位置。通过MATLAB平台对改进算法的仿真,从信标节点的数目以及通信距离两方面,进行定位误差对比。仿真实验表明,基于RSSI高斯校正的质心算法,在不同数目的节点下平均误差降低27.3%、在改变通信半径下平均误差降低28.3%。对比传统算法,改进算法具有较好的定位精度。(4)将二维的平面定位扩展到三维,判断视距和非视距环境对于定位模型的影响,将基于RSSI测距数据拟合处理,将预测数据的位置信息与实际位置信息对比分析。计算出两组随机数据的平均均方根误差分别为:1.3422、1.1351,验证了在非视距传播环境下,计算终端坐标的三维空间定位模型的可行性。
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