無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中基于RSSI的節點(diǎn)距離預測

摘要：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )大量應用在環(huán)境監測、目標跟蹤、安全監控等領(lǐng)域，因此網(wǎng)絡(luò )的自身定位是大多數應用的基礎。常用的定位方法必須測量節點(diǎn)間的距離。為了預測距離值，根據實(shí)驗獲取的RSSI值與對應的距離值，先對實(shí)驗數據進(jìn)行濾波處理，建立面向Matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )工具箱的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )預測模型，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的特性和Matlab工具箱的強大功能，通過(guò)實(shí)測數據對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行訓練。預測結果表明，距離精度達到1 m之內。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )；距離預測；濾波處理；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )

引言
隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )研究的不斷深入，應用已經(jīng)逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。各種在特定應用背景下的研究層出不窮，如環(huán)境監測、目標跟蹤、安全監控等領(lǐng)域。位置信息對傳感器網(wǎng)絡(luò )的監測活動(dòng)至關(guān)重要，事件發(fā)生的位置或獲取信息的節點(diǎn)位置是傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)監測消息中包含的重要信息，了解傳感器節點(diǎn)位置信息不僅可以獲取路由信息，而且可以進(jìn)行節點(diǎn)定位等。測距的誤差在很大程度上決定了目標定位及跟蹤的誤差。常用的定位方法必須測量節點(diǎn)間的距離，一般測距方式有紅外線(xiàn)、GPS、超聲波和接收信號強度指示器(RSSI)等。
紅外線(xiàn)、GPS和超聲測距都需要額外的硬件，增加了節點(diǎn)的硬件成本和尺寸。GPS和紅外線(xiàn)測距誤差較大，而利用超聲方法測距很精確，測距誤差只有10 cm，但是受氣溫、濕度等的影響較大，不適合在室外使用。基于RSSI的定位無(wú)需額外硬件，利用對接收無(wú)線(xiàn)信號的強度判斷，推導收發(fā)節點(diǎn)間的距離，計算接收無(wú)線(xiàn)信號強度是商用無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片具備的功能。基于RSSI的測距提供了最廉價(jià)的定位方法，而且節點(diǎn)沒(méi)有添加任何部件。基于超聲的測距雖然定位精度較高，但是需要添加硬件、增加節點(diǎn)成本和尺寸。所以，基于RSSI的測距是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )定位較常采用的方法。首先對RSSI進(jìn)行預處理，再通過(guò)預測模型預測距離的值，不但提高了基于RSSI的測距精度，而且實(shí)現了低成本的測距。

1 BP網(wǎng)絡(luò )的模型結構與算法
BP網(wǎng)絡(luò )是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )中采用誤差反傳算法作為其學(xué)習算法的前饋網(wǎng)絡(luò )，通常由輸入層、輸出層和隱含層(一層或多層)構成。層與層之間的神經(jīng)元采用全互連的連接方式，通過(guò)相應的網(wǎng)絡(luò )權系數w相互聯(lián)系，每層內的神經(jīng)元之間沒(méi)有連接。圖1所示為具有一個(gè)隱含層的BP網(wǎng)絡(luò )模型。其中：LA為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的輸入層，LB為隱層，LC為輸出層，Wir為隱層與輸入層的權值，Vrj為輸出層與隱層的權值。

2 實(shí)驗平臺及數據的預處理
2．1 RSSI值獲取
實(shí)驗在空曠的無(wú)障礙物的廣場(chǎng)進(jìn)行?；赥iny()S系統，以克爾斯博的Iris節點(diǎn)為實(shí)驗平臺，0號節點(diǎn)為固定節點(diǎn)，用于接收數據。發(fā)送和接收節點(diǎn)均使用短桿狀天線(xiàn)，節點(diǎn)放置高度為2 m左右。固定0號節點(diǎn)，移動(dòng)發(fā)射節點(diǎn)。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗分析得出，RSSI在10 m的范圍內隨著(zhù)距離的增加變化比較明顯，而10 m以后，RSSI值隨距離變化不明顯。如果測量距離超過(guò)10 m，則測距的精度得不到保證，所以此實(shí)驗的測試范圍限定在0～10 m。實(shí)驗人員拿著(zhù)移動(dòng)節點(diǎn)，從固定節點(diǎn)處沿著(zhù)直線(xiàn)均勻走動(dòng)，當走到10 m處停止接收數據，記錄整個(gè)連續移動(dòng)過(guò)程的實(shí)驗數據。