第 4o卷 第 2期 2009年 3月 太 原 理 工 大 学 学 报 J0URNAL 0F TAIYUAN UNIVERSITY 0F TECHN0L0GY V o1．40 No．2 M ar． 2009 文 章 编 号 ：1007—9432(2009)02—0146—02 基于 RSSI的加权质 心定位算法的实现 张婵 爱 ，马 艳 艳 ，白凤 娥 ，王 莉 莉 (太 原 理 工 大学 计 算 机 与软 件 学 院 ，山西 太 原 030024) 摘 要 ：提 出 了 一 种 基 于 RSSI的 加 权 质 心 定 位 算 法 ，即 将 RSSI方 法 和 质 心 定 位 算 法 相 结 合 ， 用 信 标 节 点 对 未 知 节 点 不 同 的 RSSI值 来 确 定 加 权 因 子 ，以 提 高 质 心 算 法 的 定 位 精 度 。 加 权 质 心 定 位 算 法 计 算 简 单 ，只 需 较 少 的 通 信 开 销 和 较 低 的 实 现 复 杂 度 ，这 在 能 量 有 限 的 网 络 节 点 中 是 非 常 重 要 的 。 关 键 词 ：节 点 定 位 ；RSSI测 距 ；加 权 质 心 定 位 算 法 ；M atlab7．0 中 图 分 类 号 ：TP393 文 献 标 识 码 ：A 在无 线传感 器 网络 中 ，位 置 信 息 对传 感 器 网 络 的监 测活 动至关 重 要 ，事 件 发 生 的位 置或 获 取 信 息 的节 点位 置 是 传 感 器 网络 节 点 监 测 消 息 的重 要 信 息 。本 文在 充分 研 究 现 有 无需 测 距 算 法 的基 础 上 ， 提 出了通信 开销 小 、硬件 要求低 、适 合传 感器节 点处 理 的加 权质 心定 位算 法 『】 ]。 1 算 法 模 型 ∑ (w ×X ) X 一 型 — — 一 ∑ (w ×Y ) ． ， y 一 兰 L — 一 ∑ w l一 1 ∑ w = 1 式 中 ：w 表 示每个 固定锚节 点赋 的权 值 。通 常该 权 值 是 未 知 节 点 到 固定 锚 节 点 距 离 的 函 数 。 如 未 知 节 点不 能与 固定锚 节点 B 通 信 ，那 么 w 为 零 。 对于 无线传 感器 网络 来说 ，RSSI值 受环境 的影 1．1 信号 传播 的经 验模 型 响程 度是 非 常大 的 ，在 同一环 境下 ，不 同区域或 不 同 实际定 位前 ，在定 位 场地 内选取 若干 测试 点 ，记 方 向的节 点对 ，尽 管 距 离 相 同 ，RSSI值 也 可 能 不 相 录在这 些点 上各 基 站 收 到 的信 号 强 度 ，建 立 在各 个 同 。所 以 ，我们 考虑 把 固定 锚节 点 之 间的距 离 和 信 点 上 的位 置 和 信 号 强 度 关 系 的离 线 数 据 库 ，例 如 号强 度两种 信 息 同时 作 为参 考 ，来 校 正 每个 固定 锚 (z， ，R ，R 。，R )，其 中 ，R ，R 。，R 是 测 试 节 节 点 的 权 值 _3]。 点 s分别 到 基 站 s ，s。， 。的信 号 强 度 值[】 ]。在 实 际定位 时 ，根 据 测 得 的信 号 强 度 (R ：，R ，R )和 数 据 库 中记 录 的信 号强 度进 行 比较 ，计 算 信 号强 度 均方差 sqrt[(R 一R ) + (R 。一 R ) + (R 一 R )。]，则将 均方 差最 小 的 那个 点 的 坐标 作 为 待测 节 点 的坐标 。为 提 高精 度 ，可将 多 次 测 得 的值 取 平 均 值 ，也 可 以取均 方 差 最 小 的几 个 节 点 并 计算 这 些 点 的质 心 ，作 为待 测节 点 的坐标 [2]。 采 用 该 信 号 传 播 模 型 可 使 算 法 具 有 较 高 的精 度 ，但是 要预 先建 立位 置 和信号 强度关 系 数据库 ，当 基 站 移 动 时 要 重 新 建 立 相 应 的 数 据 库 。 1．2 算 法 原 理 1．3 加权 质心 算法 的权值 计算 质心 法 的 中心 思想 是 ：未 知 节 点 以所 有在 其 通 信 范围 内 的锚 节 点 的几 何 质 心 作 为 自 己的 估 计 位 置 。具体 过程 为 ：锚 节 点 每 隔一 段 时 间 向邻 居 节 点 广播 一个信 标信 号 ，信号 中包 含有 锚 节点 自身 的 ID 和位 置信息 ；当未知 节 点 在一 段 侦 听时 间 内接 收 到 来 自锚节点 的信 标信 号数 量超 过某一 个预设 的门限 后 ，认 为该 节点 与此 锚节点 连通 ，并将 自身位 置确 定 为所有 与之 连通 的锚 节点所 组成 的多 边形 的质 心 。 对于 个 固 定 锚 节 点 B。(X ，Y )，B。(X。， Yz)，B。(X。，Y3)，… ，B (X ，Y )，未 知节 点 M(X ， 假设 网络 中 的 个 固定 锚 节 点 B ，已知 位 置 坐 Y )到各节 点 的距离 分别 为 d ，d。，d。，… ，d 。 标 为(X ， )，其 中 1≤ ≤ ，未知节 点 M 的估测 位 置 首先 ，只考虑 两个 节点 B ，B ，假 设两 质点 的质 坐标 为(Xo，ye)，那 么加权 质心计算公 式[2 ]如下 ： 心 在 B 位 置 为 (X Y。 )，B z到 B。和 B。的 距 离 收 稿 日期 ：2008—12—05 作 者 简 介 ：张婵 爱 (1962一)，女 ，山 西 太 原 人 ，工 程 师 ，主要 从 事 计 算 机 应 用 与 自动 化 控 制 研究 ，(Te1)13643660458 

第 2期 张 婵 爱 等 ：基 于 RSSI的加 权 质 心 定 位 算 法 的实 现 l47 分别 为 d ， ，显 然可 知存 在 后再 进行采集 ，将 sink节 点传输 的数 据保 存 ，并 通过 (X12一X 1)／d1一 (X2一Xl2)／d2， 计算 均值算法 得到 4个 refrence节 点 的 RSSI值 。同 (y z—Y。)／d 一 (Y2一Y z)／dz． 理 ，将节 点移动 9步 ，则共得 到 36个 RSSI平 均值 ，将 由此 可 得 ： 其存 人 LQIave．txt中。将 R 平 均值 根 据 经 验 公 式 X z===(X ／d + X2／dz)／(1／ + 1／d2)， (3)转化为 d的值 ，即可 得到加权 质心算法 的权值 。 Y 2一 (y ／d + Y ／d )／(1／d + 1／dz)． 在每 次数 据 采 集 过 程 中 ，4个 refrence节 点 都 所 以可 以简 单地 假设 1／d 为权值 ，这 么选 择 加权 因 是 已知位 置 的 ，将 36个 d值 和移 动 9步 时 4个 re— 子是能 够体 现各 个锚 节点 对 于未知 节点 的决 定权 的 frence节点 的坐 标 值 组 成 一 个 36×3的矩 阵 ，对 矩 大小 的 ，其 约束力 符合 加权 质 心算法 的要 求[2]。 阵进行 加 权质 心定 位算 法 的计 算 。定位 程序 的主要 基 于 上 面 的假 设 ，可 以得 到 最 终 的加 权 质 心 的 思 想 为 ，提取 target节 点 每 次移 动 时所 需 的定 位 数 计 算公 式[3“]为 ： 据 ，即一个 4×3的小矩 阵 ，运行 一次 定位 算法 ，得 到 一 ～一— 瓣 譬 F _ ’ ， v — Y1／dl十 Y2／d2+ y3／d3+ … + ／a ，9、 一 — 可 可 ‘ 而权 值 的选择 则为 W 一 1／d ． 2 实 验 过 程 2．1 建 立 数 据 库 实 验是 在室 内无 障 碍 物 的 540 cm ×540 cm 的 空地上 进行 的 ，选 择 6个 宁 波 中科 集 成 电路 设 计 中 心 提供 的无 线传感 器 JN5121节 点 ，天线 为 SMA 接 口。因为 6个 节 点是 相 同型 号 ，经 过 相 同 的制 造 工 艺 ，因此 测量 其 中 任 意 一 个 节 点 的 RSSI值 与距 离 的关 系 ，其 它节 点也 同样 满 足 。将 两 个 节 点 放 置 在 地上 ，其 中一个 节 点 固定 ，作 为 接 收信 号 节点 ，另一 个节 点移 动 ，作 为发 射信 号节 点 ，发射 节点 的 功率设 置为 最大 值 0 dBm，移 动发 射节 点 ，在 1．5 m 的范 围 内每 移动 10 cm 记 录一 次 RSSI值 。超 过 1．5 m，每 隔 20 cm 记 录一 次 RSSI的值 。为确 保 数 据 的 准确 度 ，多 次测 量后 取平 均值 。 通 过 曲线拟 合可 得 到 R 与 d 的经验 公式 ： d 一 (一 0．0032)× R。+ (一 0．3028)× R。+ (一 9．0878)R + (一 68．9501)． (3) 2．2 实 验 步 骤 1)选取 4个 节 点 作 为 已知 位 置 节 点 refrence， 一 个 节点作 为 未 知 节 点 target，还 有 一 个 节 点 作 为 sink节点 ，与 计算 机相 连 ，进 行数 据 的采集 。将 4个 target的位 置 坐标 ，循 环 运 行 9次 ，则 得 到 9个 tar— get节点 的位置 坐标 。定 位算 法 程序 流程 图见 图 1． 湖枷伽姗姗瑚猢m㈣如o 图 1 定 位 算 法 流 程 图 2．3 实 验 结 果 对所得数据进行加权质心算法计算的结果 见图 2． 。 — 掣挲LT = ∞ 吕 U ＼ ．瞰 蛰 U ，U lU0 l50 2UU Z，U 3U0 3 U 400 45U 500 ，5U 距离 ／cm 图 2 Target定 位 结 果 根据计 算 得 到 的距 离 d 可 以 利 用 式 (1)和 式 (2)计算 未 知节 点 的位置 。定 义定 位 误差 E，假 设计 算得 到 的未 知 节 点 的 位 置 为 (X ，y )，而 其 真 实 位 置 为 (X ，y )，那 么 定 位 误 差 refrence节 点 放 置 在 540 cm× 540 cm 的 正 方 形 的 4 E 一 ~／(X 一 X ) + (y 一Y ) ． 个 顶 点处 ，target节 点从 一个 顶 点 沿 着 对 角 线 移 动 由计 算结 果 得 出 ，锚 节 点 与 未 知 节 点距 离较 近 到另 一顶点 处 ，每 隔 0．85 Ill移动 一 步 ，共 移动 9步 ， 时 ，误差 较小 ；而 锚 节 点 与 未 知节 点 距 离 较 远 时 ，误 在 此过 程 中记 录 RSSI值 ，便 于 下一 步计 算 。 差 较 大 ，符 合 选择 权 值 时 阐述 的理 论 。此 次定 位 误 2)采用 Matlab仿真 ，仿真过 程如下 。在 实验 中 ， 差 范 围为 0．11 ～ O．45 m． target节点共 移动 了 3步 ，每移动一 步 ，等待数据 稳定 (下转 第 199页) 

第 2期 李 华 岳 等 ：关 节 软 骨 细胞 的 琼 脂 糖 凝 胶 培 养 研 究 l99 against collagen types II． The mechanical properties were assessed using Instron5544 machine at the same tim e． Agarose gel was found to provide a good m icroenvironm ent for formation of extra— cellular m atrix．In addition，construct m aturation and m echanical properties were dependent on culture time．The mechanical properties of chondrocytes／agrose disks were dependent directly up— on the extracellular matrix surrounding the cells． Key words：Rabbit articular chondrocytes；agarose gel culture；extracellular matrix；m echan— ical properties (编 辑 ：贾 丽 红 ) (上接第 147页 ) 3 结 束 语 RSSI值 来 修正 质 心 算 法 的定 位 结 果 。本 文对 该 算 法 从 原 理 和 实 验 上 进 行 了 全 面 分 析 和 论 证 ，证 实 此 本 文 提 出 的 加 权 质 心 定 位 算 法 将 测 距 的 RSSI 算 法 在 7 m 的 近 距 离 测 距 精 度 在 0．45 m 以 内 ，可 方 法和非 测距 的质 心 定 位 算 法 相 结 合 ，利 用得 到 的 以满足 大多 数无 线传 感器 网络 节 点定位 的需求 。 参 考 文 献 ： [1] FANG Zhen，ZHAO Zhan，GUO Peng．Analysis of distance measurement based on RSSI[J]．Chinese Journal of Sensors and Actuators，2007，20 (11)：2526-2530． E2] CHEN Wei—ke，LI Wen—feng，SHOU Heng，YUAN Bing．Weighted centriod localization algorithm based on RSSI for wire— less sensor networks[J]．Journal of W uhan University of Technology(Transportation Science&Engineering)，2006，30(2)： 265—268． [3] AN Xun，JIANG Ting，ZHOU Zheng．Centroid localization algorithm for wireless sensor networks[J]．Computer Engineer— ing and Applications，2007，43(20)：136 138． [43 XU Yan．SHI Jiang—hong。w u Xiao—fang．An improved localization algorithm based on RSSI—margin in W SNEJ]．Journal of Xiamen University (Natural Science)，2008，47(3)：361—364． Im plem ent of W eighted Centroid Localization Algorithm Based on RSSI ZHA NG Chan'ai ，M A Yan—yan，BAI Feng-e ，W AN G Li—li (College of Computer and Software o{1U1 ，Taiyuan 030024，China) Abstract：This paper provides a weighted centroid localization algorithm ， based on RSS1 which combines RSSI method and centriod algorithm ，and weighted factor is decided by the influ～ ence of beacons to unknow n nodes，to prom pt localization accuracy． W eighted centroid localiza— tion algorithm featuring low comm unication overhead and low com plexity，is our basis of localiza— tion on the energy constrained sensor nodes． Key words：node localization；distance measurement based on RSSI；weighted centroid locali— zation algorithm ；M atlab7．0 (编 辑 ：张 红 霞 )