基于信號接收系統(tǒng)的室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)定位

引言

　　隨著無線技術(shù)的發(fā)展，室內(nèi)外環(huán)境中人員和物體的追蹤定位，這一課題引起了研究者的廣泛研究，位置服務(wù)（LBS）也越來越受到人們的關(guān)注。位置服務(wù)即根據(jù)服務(wù)消費(fèi)者所在地理位置的不同提供對應(yīng)的信息服務(wù)，作為LBS的核心技術(shù)之一，室內(nèi)定位是其重要的組成部分。因為可以廣泛用于室內(nèi)路由、治安、消防等方面。在室內(nèi)定位系統(tǒng)開發(fā)研究方面，常用的方法是在室內(nèi)環(huán)境下建立小范圍定位網(wǎng)絡(luò)。目前，越來越多的定位直接利用現(xiàn)成的無線通訊模塊來估計對象節(jié)點（盲節(jié)點）的位置，應(yīng)運(yùn)而生的ZigBee技術(shù)以低成本、低功耗成為室內(nèi)定位的首選。本文以ZigBee組建基本的網(wǎng)絡(luò)，通過節(jié)點接收RSSI值的大小來進(jìn)行距離計算，最終通過距離以及參考節(jié)點的位置來計算定位節(jié)點（盲節(jié)點）位置。

　　1 無線網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)

　　在無線定位中，有基于測距和非測距兩種方式。前者需要測量相鄰節(jié)點間的絕對距離或方位，并利用節(jié)點間的實際距離來計算未知節(jié)點的位置；后者無需測量節(jié)點的絕對距離或方位，而是利用節(jié)點間的估計距離計算節(jié)點位置。基于測距的算法主要包含以下幾種：三邊測量、三角測量、極大似然估計等；基于非測距的算法主要有質(zhì)心算法、DV-Hop算法、D_distance算法、凸規(guī)劃算法等。對定位算法的性能評價指標(biāo)主要有定位精度、節(jié)點密度、容錯和自適應(yīng)性、功耗和代價、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等幾個部分。綜合以上因素以及結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)備，本文選用基于RSSI測距的定位方式。其流程圖如圖1所示。

　　式中：do是參考距離；po是距離為do時接收到的信號強(qiáng)度，其中還包含了遮蔽外衰減或環(huán)境造成的損耗參考（中值）；d是真實距離；ζ是以dB為單位的遮蔽因子，其均值為O，均方差為σdb（dB）正態(tài)隨機(jī)變量；p是接收信號強(qiáng)度；n是路徑損耗指數(shù)，它的值依賴于環(huán)境和建筑物的類型。在實際測量中，選用以下的模型：

　　即不統(tǒng)計遮擋因子對RSSI的影響，在實際環(huán)境下對RSSI影響最大的是非視距的影響。其中，射頻參數(shù)A被定義為用dBm表示的距離發(fā)射器1m接收到的平均能量絕對值，也就是距發(fā)射節(jié)點1m處的接收信號強(qiáng)度；n為信號傳輸常數(shù)，與信號傳輸環(huán)境有關(guān)；d為距發(fā)射節(jié)點的距離。

　　2.2 參數(shù)優(yōu)化

　　在使用A和n進(jìn)行距離計算時，首先要面臨的一個問題是A和n的取值問題。A和n的取值不同，對測距的誤差影響很大。為了使模型能夠盡量真實地反映出當(dāng)前室內(nèi)環(huán)境中的傳播特性，保證RSSI測距的精度，需要對A和n進(jìn)行優(yōu)化，得到最適合該室內(nèi)環(huán)境情況的參數(shù)值。

　　通過線性回歸分析來估計參數(shù)A和n的值，假設(shè)從室內(nèi)環(huán)境得到的實驗測量數(shù)據(jù)為（RSSIi，di），i=1，2，…，n，RSSIi表示在距離di上所對應(yīng)的RSSI測量值。

　　以實驗室走廊為例，測得100組數(shù)據(jù)，代入上述公式得出A=4l，n=2.3。圖2是參數(shù)優(yōu)化后的RSSI測距模型曲線。在圖中可以看出，根據(jù)線性回歸分析可以很好地擬合出適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境的模型曲線。