基于节点接收信号强度比值的加权质心定位算法

摘要：无线传感器网络的定位技术可分为两类：基于测距和基于非测距两种。许多学者对质心算法存在的不足提出了一些有效的改进算法。本文提出的一种基于节点接收信号强度比值的加权质心定位算法，利用待定位节点接收到的节点接收信号强度求出加权比例因子，进一步对质心坐标进行加权处理，并且与其它两种算法进行比较，文中所提出的基于节点接收信号强度比值的改进算法优于其它两种算法，有效减少了定位误差，提高了定位精度。

关键词：WSN；RSSI比值

无线传感器网络的定位技术可分为两类：基于测距和基于非测距两种。基于非测距的定位算法主要有：DVHop算法，质心算法，Amorphous算法，APIT，MDSMAP等等；基于测距的定位算法有：RSSI、TDOA、AOA、TOA。其中，质心算法定位过程简单，对硬件设备要求低，但是定位精度低。许多学者对质心算法存在的不足提出了一些有效的改进算法。本文提出的一种基于节点接收信号强度（RSSI）比值的加权质心定位算法，利用待定位节点接收到的RSSI求出加权比例因子，进一步对质心坐标进行加权处理，并且与其它两种算法进行比较，文中所提出的基于RSSI比值的改进算法优于其它两种算法，有效减少了定位误差，提高了定位精度。

1 质心定位算法

基于RSSI的加权质心算法基本思想是把待定位节点所接收到来自信标节点的RSSI值作为依据，计算出相应信标节点的加权值，以所求出的权值来反映信标节点坐标对质心位置的影响程度。

未知节点升级为锚节点质心算法：

已定位节点升级为信标节点算法的主要原理与传统质心算法相似，不同之处在于当部分未知节点已经定位后就升级为信标节点，按照传统质心算法，参与其它未知节点的质心定位过程。

2 节点RSSI比值的加权质心算法

由于节点发射无线信号功率多为级别，极化后接收信号强度转化为负数的，在定位过程中，信标节点可以获取到其通信半径范围内与未知节点间的值。改进的质心算法基本原理是利用信标节点与待定位节点之间的RSSI值来求出比例因子。算法原理如图1所示。加权系数求解过程如下：

先求出平均接收信号强度：

再求出待定位节点收到的RSSI中最大值和最小值：

3 仿真实验

为了验证文中所提出的基于RSSI比值加权

的质心算法的定位性能，采用MATLAB仿真

下图表示表示未知节点数为70个，信标节点数为30个，路径损耗系数为4时，三种算法的定位误差累计概率分布。由图可知改进的质心算法定位误差落在5m以内的概率约为70%，而已定位节点升级为信标节点算法和传统的质心算法分别约为45%，40%。所以，基于节点RSSI比值加权的质心算法的定位性能始终优于其他两种算法。

参考文献：

[1]刘运杰，金明錄，崔承毅，等.基于RSSI的无线传感器网络修正加权质心定位算法[J].传感技术学报，2010，23（5）：717721.

[2]N. Bulusu， J. Heidemann， and D. Estrin. GPSless lowcost outdoor localization for very small devices [J]. IEEE Personal Communica tion 2000，7（5）：2834.

[3]韩东升，杨维，刘洋，等.煤矿井下基于RSSI的加权质心定位算法[J].煤炭学报，2013，38（3）：522528.

作者简介：陈华（1982），男，江西赣州人，讲师，硕士，主要研究领域：计算机科学与技术、无线传感器网络方面的研究；蔡燕（1983），女，江西赣州人，讲师，硕士，主要研究领域：物联网与传感器方面。