基于信號接收系統的室內無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )定位

引言

　　隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，室內外環(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(lái)越受到人們的關(guān)注。位置服務(wù)即根據服務(wù)消費者所在地理位置的不同提供對應的信息服務(wù)，作為L(cháng)BS的核心技術(shù)之一，室內定位是其重要的組成部分。因為可以廣泛用于室內路由、治安、消防等方面。在室內定位系統開(kāi)發(fā)研究方面，常用的方法是在室內環(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成的無(wú)線(xiàn)通訊模塊來(lái)估計對象節點(diǎn)（盲節點(diǎn)）的位置，應運而生的ZigBee技術(shù)以低成本、低功耗成為室內定位的首選。本文以ZigBee組建基本的網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)節點(diǎn)接收RSSI值的大小來(lái)進(jìn)行距離計算，最終通過(guò)距離以及參考節點(diǎn)的位置來(lái)計算定位節點(diǎn)（盲節點(diǎn)）位置。

　　1 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )定位技術(shù)

　　在無(wú)線(xiàn)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點(diǎn)間的絕對距離或方位，并利用節點(diǎn)間的實(shí)際距離來(lái)計算未知節點(diǎn)的位置；后者無(wú)需測量節點(diǎn)的絕對距離或方位，而是利用節點(diǎn)間的估計距離計算節點(diǎn)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、凸規劃算法等。對定位算法的性能評價(jià)指標主要有定位精度、節點(diǎn)密度、容錯和自適應性、功耗和代價(jià)、網(wǎng)絡(luò )規模等幾個(gè)部分。綜合以上因素以及結合現有的設備，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(shí)接收到的信號強度，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)隨機變量；p是接收信號強度；n是路徑損耗指數，它的值依賴(lài)于環(huán)境和建筑物的類(lèi)型。在實(shí)際測量中，選用以下的模型：

　　即不統計遮擋因子對RSSI的影響，在實(shí)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)射節點(diǎn)1m處的接收信號強度；n為信號傳輸常數，與信號傳輸環(huán)境有關(guān)；d為距發(fā)射節點(diǎn)的距離。

　　2.2 參數優(yōu)化

　　在使用A和n進(jìn)行距離計算時(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，對測距的誤差影響很大。為了使模型能夠盡量真實(shí)地反映出當前室內環(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，得到最適合該室內環(huán)境情況的參數值。

　　通過(guò)線(xiàn)性回歸分析來(lái)估計參數A和n的值，假設從室內環(huán)境得到的實(shí)驗測量數據為（RSSIi，di），i=1，2，…，n，RSSIi表示在距離di上所對應的RSSI測量值。

　　以實(shí)驗室走廊為例，測得100組數據，代入上述公式得出A=4l，n=2.3。圖2是參數優(yōu)化后的RSSI測距模型曲線(xiàn)。在圖中可以看出，根據線(xiàn)性回歸分析可以很好地擬合出適應當前環(huán)境的模型曲線(xiàn)。