基于ZigBee的无线传感网络定位技术研究与实现

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随着无线传感网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)相关领域的理论知识的迅猛发展,无线传感网络定位技术在森林防火、环境监测和军事国防得到广泛的应用。然而在各个环境中,由于环境的复杂性、节点发射功率的限制、电磁波的干扰和通信距离的影响,这将会严重影响RSSI值的准确性,从而影响定位的精度。因此如何使无线传感网路更好的适应不同的环境、消除其它因素对定位的影响,这对无线传感网络定位有重要的作用。本文在研究大量的文献资料和传感器节点设计的基础上,通过IAR和Altium Designer软件设计了无线传感节点的硬件平台和软件平台。硬件平台由液晶显示模块、按键模块等,射频TI CC2520模块等组成。软件平台设计包括未知节点软件设计、参考节点软件设计和网关节点软件设计。并从理论模型和实测模型进行定位系统平台搭建,为后续在不同环境下的实测实验打下基础。针对传统静态权重定位算法无法得到准确的定位精度,本文给出一种基于RSSI的自适应权重定位算法。RSSI值的准确与否直接关系到定位的准确性,而RSSI测距容易受环境、通信距离等影响影响,针对这个问题本文给出RSSI测距优化算法。首先将采集到的RSSI值集合求初始平均值,然后将RSSI值集合通过高斯滤波,滤出小概率事件,将过滤之后的RSSI值再求第二次平均值,最后通过公式推导消除传统测距算法的参数的影响,消除节点不同功率和其它因素的影响。由于静态权重定位算法中权重修正系数是固定的,本文提出让参考节点自适应获得最优权重修正系数,即判断计算的两组距离之差是否大于1.5m,如果结果大于1.5m,判断该节点对未知节点定位公式的导数正负值,导数为正(负),权重修正系数在区间内递增(减),直到找到距离之差最小所对应的最优权重修正系数。最后,通过Matlab仿真平台和实测实验验证改进算法的可行性。在MATLAB环境中模拟不同参考节点的数目、通信半径对定位精度的影响。在实测实验中,将传感器节点在室内(学院大厅)、室外(室外足球场)和井下巷道三种环境下搭建小型无线传感网络,测量和分析定位算法的定位精度。Matlab仿真实验和实测实验表明改进后的基于RSSI的自适应权重定位算法定位精度较高,在实际中具有可行性。
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