基于RSSI的无线传感器网络节点定位算法改进.docx
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基于RSSI的无线传感器网络节点定位算法改进
基于RSSI的无线传感器网络节点定位算法改进
收稿日期:
2010-02-24;修订日期:
2010-06-14
作者简介:
王靓（1979-,女,山东济宁人,讲师,硕士,研究方向:
RFID、电路系统设计,复旦大学国内访问学者,E-mail:
sjy-
wl@。
王
靓,范德辉
（青岛职业技术学院,山东青岛266555
摘要:
在无线传感器网络（WirelessSensorNetwork,简称WSN中准确而开销小的传感器定位至关重要。
本文提出了一种把第一次能进行定位的未知节点转换为锚节点,然后参与下一次节点定位的改进方法,并且给出了一种两点定位和提高定位精度的方法。
关键词:
无线传感器网络;节点定位;APIT算法;两点定位中图分类号:
TN925文献标识码:
A文章编号:
1008-8725（201009-0184-03
RSSI-basedNodeLocationAlgorithmforWSN
WANGLiang,FANDe-hui
（QingdaoTechnicalCollege,Qingdao266555,China
Abstract:
Inwirelesssensornetworks（WSNaccuratedandlittlecostsensorlocalizationisessential.Thispaperpresentsanimprovedwaytobeabletolocatethefirstnodeintotheunknownanchornode,andthenparticipateinthenextnodelocalization,andgivesamethodofatwonodepositionandimprovingthepositioningaccuracy.
Keywords:
wirelesssensornetworks;nodelocalization;APITalgorithm;twonodelocation
0前言
无线传感器网络由大量分布的传感器设备组成,节点之
间能够协作监控某一区域的物理或环境因素。
大量传感器节点随机部署在检测区域（sensorfield内部或者附近,互相之间进行通信和协作,通过自组织方式构成网络。
在多数运用中,准确而开销小的传感器定位至关重要[2]。
目前,国内外已经提出了许多方法来解决节点自身定位问题。
根据在定位过程中是否测量实际节点间的距离,可将现有的定位算法分为两类:
基于距离的（range-based定位算法和距离无关的（range-free定位算法[1-2]。
前者需要测量相邻节点间的绝对距离或方位,并利用节点间的实际距离来计算未知节点的位置,定位精度相对较高,但对节点的硬件要求比较高,定位过程中损耗的能量也比较多;后者无需测量节点间的绝对距离或方位,而是利用节点间的估计距离计算节点位置,降低了对节点的硬件要求,节点成本也比较低,适用于大规模传感器网络,缺点是定位精度不高[1]。
为了提高节点定位精度和覆盖率,文中在研究APIT算法的基础上,结合三角形内点测试算法PIT和RSSI的有关知识,提出一种基于RSSI的三角形内点测试定位算法RSSIPIT
（Point-In-triangulationTestbasedonReceivedSig-nalStrengthIndicator。
这是一种比较折中的改进,在改进后
的算法中,根据未知节点的邻居锚节点的数量将邻居锚节点个数不少于3个的那些未知节点转化为新的锚节点,然后参与下一阶段未知节点的定位,当未知节点的邻居锚节点的
个数等于2时,给出了一种新的计算未知节点位置的方法。
1
节点定位的相关技术
1.1
三边测量法（trilateration
[2,3]
如图1所示,已知点A、B、C的坐标分别为x1,y122,x2,y222,x3,y32
2,这三点到点D的距离分别为d1,d2,d3,假设点D的坐标为x,22
y,根据两点之间的距离公式,可得:
x-x1222
+y-y1222
姨=d1（1x-x2
222+y-y2222
姨=d2（2x-x3
2
22
+y-y32
22
姨=d3（3
根据这3个式子解线性方程组可得到点D的坐标:
a11a21
22=2x1-x32
22y1-y3222x2-x32
22y2-y32222-1
x12
-x32+y12-y32+d23-d2
1x22-x23+y22-y23+d23-d22
2
2
（4
1.2
两点定位方法
当未知节点的邻居锚节点的个数等于2时,假定为A1,
A2,根据三角形的有关知识就可以求出未知节点的位置坐标
第29卷第9期2010年9期
煤炭技术
CoalTechnology
Vol.29,No.09Sep,2010
图1
三边测量法图示
王靓,等:
基于RSSI的无线传感器网络节点定位算法改进第9期
·185
·[4]
。
如图2所示,假设A,B为锚节点,S为未知节点,锚节点A的坐标为（XA,YA,未知节点S的坐标为（XS,YS,有RSSI方法可测得AS,BS,AB的距离分别为d1,d2,d3,在三角形ABS中,过点S分别向边AB,X轴作垂线SC,SF,分别过点B,C向X轴作垂线BD,CE,过点C向SF作垂线CG,记∠SAB=
α,∠BAD=β,由余弦定理可得:
d22
=d12
+d2
3-2d1d3coaα,∴cosα=d12
+d2
3-d
2
22d1d3
∴AC=t=d1cosα=d12
+d2
3-d
2
23
∴SC=h=d12
-t2
姨,由锚节点B的坐标可以算出角β的正
弦值和余弦值,由三角形相似定理可知,∠GSC=β,GC=FE,
而AF=AE-EF=AC×cosβ-SC×sinβ=t×cosβ-h×sinβ,最后可求得未知节点坐标:
XS=XA+t×cosβ-h×sinβYS=YA+t×sinβ+h×sinβ
1.3
APIT算法[5]
APIT
（ApproximatePointinTrangulationTest定位算法是根据最佳三角形内点测试法将未知节点通信半径内所有的锚节点进行三角形划分,然后将各个三角形的重叠区域的质心作为未知节点位置的估计。
APIT算法的定位过程分为以下4个步骤。
（1初始化阶段:
未知节点收集通信半径内锚节点的信息,如位置、标识号等,然后邻居内其它节点之间交换各自接收到的锚节点的信息。
（2三角形内点测试:
测试未知节点是否在不同的锚节点组成的三角形内部。
（3计算重叠区域:
记录包含未知节点的三角形,计算所有三角形的重叠区域。
（4计算未知节点位置:
计算三角形重叠区域的质心位置,作为未知节点的位置。
2
RSSIPIT算法
2.1
RSSIPIT算法的思想
利用APIT算法进行节点定位时,需要未知节点至少知
道3个或3个以上锚节点的距离。
但由于WSN的节点大都是随机部署的,这不可避免节点分布的不均匀,有些未知节点的通信半径内的锚节点可能很少（2个、1个或者1个都没有,从而无法实现定位。
同时,利用APIT算法求出的节点位置和实际位置有一定的误差。
针对这些问题,引入一种两点
定位方法和将第一次可以定位的未知节点转换为锚节点的思路来改进这种算法,并且对算法求出的未知节点的坐标进行了修正,从而提高定位精度和覆盖率。
算法首先判断目标区域内未知节点的邻居锚节点的个数,先求出那些邻居锚节点个数大于3的未知节点的位置,然后将其升级为锚节点,再进入下一次循环,参与其余仍没有定位的未知节点的定位过程当中。
2.2RSSIPIT算法过程2.2.1
算法前提
在算法描述之前,首先对用到的节点和网络环境作如下
假设:
（1WSN部署的区域是二维的;
（2节点具有RSSI的测距能力,可计算出相邻节点间的距离,测距误差服从标准正态分布;
（3节点能够发现其邻居节点,邻居节点之间可以自由通信;
（4未知节点有足够的能力维护自己的一个链表:
邻居锚节点链表;
（5节点具有相同的处理能力,锚节点可以拥有额外的功能。
该算法是一个分布式算法,在每个传感器节点上并发执行。
2.2.2RSSIPIT算法数据结构
（1节点通信半径:
txbj;（2锚节点个数:
anchor_nmb;（3未知节点个数:
unknown_nmb;
2.2.3RSSIPIT算法简单流程
foranchor_nmb=10:
2:
50//修改参与定位的锚节点个数
（1随机部署anchor_nmb个锚节点和unknown_nmb个未知节点,并获得锚节点的编号和位置信息等。
（2利用RSSI方法测出任意2个节点之间的距离dis-
tanceij。
（3比较txbj和distanceij的大小,确定每个未知节点i的邻居锚节点,并求出邻居锚节点的个数。
fori=1:
unknown_nmb
if未知节点i的邻居锚节点个数≥3
（4按照APIT算法求出此未知节点i的位置坐标1
xi1,yi1姨姨,同时根据1.1中的三边测量法或1.2中的极大似然
估计法求出未知节点i的位置坐标2xi2,yi222,然后求出平均
值xi=
xi1+xi222,yi=
yi1+yi222将此值xi
yi
22作为未知节点i
的最终位置坐标。
记此循球求出的未知节点个数为ydws。
endend
（5将以上求出的未知节点升级为新的锚节点,修改有关参数变量。
fori=1:
unknown_nmb-ydwsif未知节点i的邻居锚节点个数≥3
（下转第189页
图2
两点定位图示
基于小波分解下多源图像融合
收稿日期:
2010-01-29;修订日期:
2010-06-08
作者简介:
赵晓雷（1978-,男,河南洛阳人,渭南师范学院教师,西安科技大学在读硕士,研究方向:
图形图像处理,Tel:
151********,E-mail:
LUOZXL@。
赵晓雷1,2,薛弘晔1
（1.西安科技大学计算机学院,西安710054;2.渭南师范学院计算机科学系,陕西渭南714000摘要:
在分析基于小波分解变换的多源图像融合方法的基础上,提出了一种采用基于区域的融合规则的小波分解,通过仿真实验,运用客观评价指标验证了其可行性,同时对此进行分析,得出了基于4层小波分解的图像融合的较优性。
关键词:
图像配准;小波分解变换;图像融合;融合规则中图分类号:
TP391文献标识码:
A文章编号:
1008-8725（201009-0189-03
Multi-sourceImageFusionBased
onWaveletDecomposition
ZHAOXiao-lei1,2,XUEHong-ye1
（1.CollegeofComputerScienceandTechnology,Xi'anUniversityofScienceandTechnology,Xi'an710054,China;2.ComputerScienceDepartmentofWeiNanTeachersUniversity,WeiNan714000,China
Abstract:
Awaveletdecompositionusingaregion-basedfusionrulesisproposedonthebasisofacomprehensiveanalysisofmulti-sourceimagefusionmethodbasedonwavelettransformdecomposition.Throughsimulationexperimentthefeasibilityofthismethodisverifiedbyusinganobjectiveevaluationindex,atthesametimethewaveletdecompositioneffectisanalyzed,whichfinallyresultinthemoreexcellentqualityofimagefusionbasedonthefour-layerwaveletdecomposition.
Keywords:
imageregistration;waveletdecompositiontransform;imagefusion;fusionrules
第29卷第9期2010年9期
煤炭技术
CoalTechnology
Vol.29,No.09Sep,2010
（上接第185页
重做步骤（4。
end
if未知节点i的邻居锚节点个数=2
（6按照本文1.3中的两点定位方法求出未知节点i的位置坐标。
end
if未知节点i的邻居锚节点个数=1
（7此未知节点i的位置坐标≈这个邻居锚节点的位置坐标。
endendend
3结语
文中的RSSIPIT算法,相对于APIT算法,在定位精度和
定位覆盖率上都有很好的改善。
但是由于RSSIPIT算法引入了循环迭代思想和2个锚节点定位的方法,这势必会增加传感节点的计算开销,如何权衡各个参数使之传感节点的工作达到最佳状态,也是今后的一个研究方向。
总之,目前大多定位算法在能耗、成本、定位精度和定位覆盖率上作了折中的
考虑。
由于每种实际应用的侧重点不同,所以说没有一种节点定位算法适用于所有的实际应用,因此要针对不同的应用场合,通过综合考虑传感节点的应用规模、应用成本以及实际应用系统对节点定位精度的要求,来选择最合适的定位算法。
参考文献:
[1]
孙利民,李建中,陈瑜,等.无线传感器网络[M].北京:
清华大学出版社,2005,（3:
115.
[2]HeT,HuangC,BlumB,etal.Range-freelocalization-schemesforlargescalesensornetworks[J].MOBICOM,2003.[3]
GuoqiangMao,BarisFidan,BrianD.O.Anderson.Wirelesssen-sornetworklocalizationtechniques[J].ComputerNetworks.51（2007,2529-2553.
[4]王建刚.无线传感器网络分布式节点定位算法研究[D].西北工业大学硕士论文,2006,（3:
27-28.
[5]
HeTian,HuangChengdu,BrianMBlum.Range-freelocaliza-tionschemesinlargescalesensornetworks[C].Proceedingsofthe9thAnnualInternationalConferenceonMobileComputingandNetworking（Mobicom
.SanDiego,California,USA:
ACMPress,2003.81-95.
（责任编辑
赵勤
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