基于節點接收信號強度比值的加權質心定位算法

陳華 蔡燕

摘要：無線傳感器網絡的定位技術可分為兩類：基于測距和基于非測距兩種。許多學者對質心算法存在的不足提出了一些有效的改進算法。本文提出的一種基于節點接收信號強度比值的加權質心定位算法，利用待定位節點接收到的節點接收信號強度求出加權比例因子，進一步對質心坐標進行加權處理，并且與其它兩種算法進行比較，文中所提出的基于節點接收信號強度比值的改進算法優于其它兩種算法，有效減少了定位誤差，提高了定位精度。

關鍵詞：WSN；RSSI比值

無線傳感器網絡的定位技術可分為兩類：基于測距和基于非測距兩種。基于非測距的定位算法主要有：DVHop算法，質心算法，Amorphous算法，APIT，MDSMAP等等；基于測距的定位算法有：RSSI、TDOA、AOA、TOA。其中，質心算法定位過程簡單，對硬件設備要求低，但是定位精度低。許多學者對質心算法存在的不足提出了一些有效的改進算法。本文提出的一種基于節點接收信號強度（RSSI）比值的加權質心定位算法，利用待定位節點接收到的RSSI求出加權比例因子，進一步對質心坐標進行加權處理，并且與其它兩種算法進行比較，文中所提出的基于RSSI比值的改進算法優于其它兩種算法，有效減少了定位誤差，提高了定位精度。

1 質心定位算法

基于RSSI的加權質心算法基本思想是把待定位節點所接收到來自信標節點的RSSI值作為依據，計算出相應信標節點的加權值，以所求出的權值來反映信標節點坐標對質心位置的影響程度。

未知節點升級為錨節點質心算法：

已定位節點升級為信標節點算法的主要原理與傳統質心算法相似，不同之處在于當部分未知節點已經定位后就升級為信標節點，按照傳統質心算法，參與其它未知節點的質心定位過程。

2 節點RSSI比值的加權質心算法

由于節點發射無線信號功率多為級別，極化后接收信號強度轉化為負數的，在定位過程中，信標節點可以獲取到其通信半徑范圍內與未知節點間的值。改進的質心算法基本原理是利用信標節點與待定位節點之間的RSSI值來求出比例因子。算法原理如圖1所示。加權系數求解過程如下：

先求出平均接收信號強度：

再求出待定位節點收到的RSSI中最大值和最小值：

3 仿真實驗

為了驗證文中所提出的基于RSSI比值加權

的質心算法的定位性能，采用MATLAB仿真

下圖表示表示未知節點數為70個，信標節點數為30個，路徑損耗系數為4時，三種算法的定位誤差累計概率分布。由圖可知改進的質心算法定位誤差落在5m以內的概率約為70%，而已定位節點升級為信標節點算法和傳統的質心算法分別約為45%，40%。所以，基于節點RSSI比值加權的質心算法的定位性能始終優于其他兩種算法。

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作者簡介：陳華（1982），男，江西贛州人，講師，碩士，主要研究領域：計算機科學與技術、無線傳感器網絡方面的研究；蔡燕（1983），女，江西贛州人，講師，碩士，主要研究領域：物聯網與傳感器方面。