基于RSSI无线传感网络室内定位算法研究

摘要

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。

目录

声明

1 绪论

1.1 室内定位的背景与意义

1.2 无线传感器网络及定位技术发展现状

1.3 论文主要工作内容和体系结构

2 定位技术

2.1 基于信标节点算法/无信标节点算法

2.2 集中式算法与分布式算法

2.3 基于测距方式的定位技术

2.4 定位方法的性能评价标准

2.5 本章小结

3 基于RSSI信号模型

3.1 信号模型

3.2 双线模型

3.3 规则模型

3.4 不规则的传输模型

3.5 模型处理

3.6 本章小结

4 基于RSSI质心算法的改进

4.1 传统质心定位算法

4.2 三边定位算法

4.3 基于RSSI技术的定位算法

4.4 基于RSSI测距加权高斯算法

4.5 仿真验证

4.6 本章小结

5 基于RSSI三维定位算法

5.1 NLOS的识别

5.2 节点位置的拟合处理

5.3 误差分析

5.4 仿真实验验证

5.5 本章小结

6 结论及展望

6.1 总结

6.2 对未来的展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果