基于RSSI的室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究

引言
近年來(lái)，隨著無(wú)線技術(shù)的發(fā)展，對(duì)室內(nèi)外環(huán)境中人員和物體的追蹤定位引起了研究者的廣泛研究，基于位置服務(wù)(LBS)越來(lái)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(duì)應(yīng)的信息服務(wù)，作為L(zhǎng)BS的核心技術(shù)之一，室內(nèi)定位是其重要的組成部分。因?yàn)榭梢詮V泛用于室內(nèi)路由、治安、消防等方面，因此定位算法的研究具有重要意義。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(lái)越多的定位直接利用現(xiàn)成的無(wú)線通訊模塊來(lái)估計(jì)對(duì)象節(jié)點(diǎn)(盲節(jié)點(diǎn))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(guò)節(jié)點(diǎn)接收RSSI值的大小來(lái)進(jìn)行距離計(jì)算，最終通過(guò)距離以及參考節(jié)點(diǎn)的位置來(lái)計(jì)算定位節(jié)點(diǎn)(盲節(jié)點(diǎn))位置。

1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)
在無(wú)線定位中，有基于測(cè)距和非測(cè)距兩種方式。前者需要測(cè)量相鄰節(jié)點(diǎn)間的絕對(duì)距離或方位，并利用節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離來(lái)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的位置；后者無(wú)需測(cè)量節(jié)點(diǎn)的絕對(duì)距離或方位，而是利用節(jié)點(diǎn)間的估計(jì)距離計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置。基于測(cè)距的算法主要包含以下幾種：三邊測(cè)量、三角測(cè)量、極大似然估計(jì)等；基于非測(cè)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(duì)定位算法的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有定位精度、節(jié)點(diǎn)密度、容錯(cuò)和自適應(yīng)性、功耗和代價(jià)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等幾個(gè)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(cè)距的定位方式。其流程圖如圖1所示。

從圖1可以看出定位由兩部分組成：一是通過(guò)RSSI測(cè)距；二是根據(jù)距離以及參考節(jié)點(diǎn)位置計(jì)算盲節(jié)點(diǎn)位置。

2 RSSI測(cè)距模型
2．1 模型確立
無(wú)線信號(hào)傳輸中普遍采用的理論模型為Shadowing模型。該模型為：

式中：do是參考距離；po是距離為do時(shí)接收到的信號(hào)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(shí)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(hào)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(shí)際測(cè)量中，選用以下的模型：

即不統(tǒng)計(jì)遮擋因子對(duì)RSSI的影響，在實(shí)際環(huán)境下對(duì)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1 m接收到的平均能量絕對(duì)值，也就是距發(fā)射節(jié)點(diǎn)1 m處的接收信號(hào)強(qiáng)度；n為信號(hào)傳輸常數(shù)，與信號(hào)傳輸環(huán)境有關(guān)；d為距發(fā)射節(jié)點(diǎn)的距離。
2．2 參數(shù)優(yōu)化
在使用A和n進(jìn)行距離計(jì)算時(shí)，首先要面臨的一個(gè)問(wèn)題是A和n的取值問(wèn)題。A和n的取值不同，對(duì)測(cè)距的誤差影響很大。為了使模型能夠盡量真實(shí)地反映出當(dāng)前室內(nèi)環(huán)境中的傳播特性，保證RSSI測(cè)距的精度，需要對(duì)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(guò)線性回歸分析來(lái)估計(jì)參數(shù)A和n的值，假設(shè)從室內(nèi)環(huán)境得到的實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)為(RSSIi，di)，i=1，2，…，n，RSSIi表示在距離di上所對(duì)應(yīng)的RSSI測(cè)量值。