RSSI室内节点定位系统设计

摘要：本文介绍了无线传感器网络节点定位系统，分析了系统组成，并且重点介绍了系统硬件和软件的组成和设计，并对RSSI定位

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关键词：RSSI；节点；定位系统

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.6.009

*基金项目：国家自然科学基金项目（60874103）

引言

无线传感器网络的各种应用中，节点的位置信息至关重要[1，2]。针对不同的定位形式，现在已设计出了不同的定位算法，这些定位算法主要从理论上进行了相应的研究，并且使用仿真的方法进行定位算法的验证，设计实际的节点定位系统对于无线传感器网络中各种算法的分析有着更大的现实意义。本文设计了一个无线传感器网络节点定位系统（LSBR），并对基于RSSI的定位算法在系统上进行了验证分析。本文对节点定位系统的组成、硬件、软件以及试验方法进行了相应的介绍。

系统组成及硬件设计

系统组成及工作原理

LSBR（Localization System Based on RSSI）定位系统基于RSSI测距原理[3，4]，利用射频信号实现对室内移动目标的定位，系统由信标节点、目标节点、汇聚节点和位置计算装置等部分组成，采用了一种主动式的定位架构，由目标节点向信标节点发送射频信号。其中信标节点一般安装在屋顶天花板上，目标节点安装在移动机器人等装置上。具体的系统组成和工作原理如图1所示。

定位系统需要目标节点、信标节点、汇聚节点、位置计算装置协调工作完成定位功能，其中的目标节点具有两种工作模式，连续模式和命令模式。在命令模式下，当目标节点接收到机器人发出的定位命令后，进行RSSI测距；在连续模式下，目标节点连续发送射频信号进行RSSI测距。两者主要工作步骤相似，下面仅对目标节点基于命令模式定位方法的工作步骤进行描述。其中测距公式采用式（1）计算。

通过公式（2）计算出目标节点与各个信标节点的距离d（m），其中的μ为修正系数可通过信标节点的位置可知。

具体工作步骤如下：

（1）信标节点启动，首先初始化，然后立即进入实时监测射频同步信号状态。

（2）目标节点通过串口通信模块接收到移动机器人的定位请求后，立即发送射频信号，其中的射频信号携带目标节点的ID信息。

（3）当信标节点接收到射频同步信号后，立即检测接收到的ID信息是否与目标节点的ID信息相同。如果不相同则放弃，进入之前的等待射频接收状态；如果相同则接收。

（4）信标节点将节点编号、RSSI测量值打成一个数据帧，跟据节点编号顺序依次将数据帧通过无线的形式发送给汇聚节点。

（5）汇聚节点收到数据后，根据节点编号利用公式（1）、（2）计算出目标节点与各个信标节点的距离d（m），最后汇聚节点将计算得到的各个信标节点的数据打包，发送给位置计算装置。

基于定位系统的定位实验

为了验证定位系统的定位效果，本文搭建了一个4个信标节点的测试演示系统。信标节点安放在天花板上，其具体安放位置和节点编号如图 8所示。在静止目标定位实验中，设定了5个标定点。该测试系统中，屋顶离地面的高度约为2.8m，本次实验每个标定点测试了100组数据，由于数据量较大，本文只给出了第一个标定点的测量数据。

使用MATLAB对上表实际测量数据进行定位，其定位效果如图9所示，500组测量数据的定位误差如图10。实测数据的平均定位误差为2.3m，最大误差为4.3m。分析可知，造成误差的主要原因包括两方面：由系统本身测距误差造成，该误差不可避免，主要由空气温度、密度不均衡等环境噪声引起，另外程序执行语句与事件状态在时间上的细微变化也会对其造成一定的影响，该误差通过各种优化设计已控制在可接受的3m范围内；测试系统的安装误差，主要是人为造成，可根据定位精度需求及使用环境进行修正。

如图10所示x轴的某些采样处出现的较大变化，主要由标定位置变换引起的系统噪声。从图中可知系统的实际测试定位误差小于设计的3.5m。

结论

本文设计了一套基于RSSI室内定位系统（LSBR）。首先描述了基于RSSI的测距定位原理，然后对整个系统的架构和硬件设计进行了详细描述。软件部分从系统工作步骤、节点程序设计和定位跟踪演示软件部分进行了研究。最后LSBR系统进行了定位方面的实验，实验表明定位算法的有效性。

参考文献：

[1] 陈娟，李长庚，宁新鲜.基于移动信标的无线传感器网络节点定位[J].传感技术学报，2009，（1）：121-125

[2] I.F.Akyildiz， W.Su，Y.Sankarasubramaniam，etal. Wireless Sensor Network： a Survey[J].Computer Networks， 2002，38，（4）：393-422

[3] Guoqiang Mao， Baris Fidan， Brian D.O.Anderon. Wireless Sensor Network Localization Technique[J].Computer Networks， 2007，（51）：2529-2553

[4] 汪灿，黄刘生，肖明军等.一种基于RSSI校验的无线传感器网络节点定位算法[J].小型微

型计算机系统，2009，30，（1）：59-62

[5] 李志宇，史浩山.无线传感器网络微型节点的实现[J].电子产品世界，2005，（21）：115-117

[6] 孙德辉，龚关飞，杨扬.基于CC2430的无线传感器网络系统设计[J].现代电子世界，2010，（13）：66-68

[7] 文治洪，胡文东，李晓京，等.基于PL2303的USB接口设计[J].电子设计工程，2010，18，（1）：32-34