基于Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位問題的研究

根據(jù)傳感器節(jié)點A和B接收到的所有信標(biāo)節(jié)點的接收信號強度RSSI值，可以獲得傳感器節(jié)點A，B之間的RSSI相似度。將兩個節(jié)點收到的RSSI向量作為輸入，RSSI相似度公式為：

再通過式(1)計算得到的值定義為兩節(jié)點之間的RSSI相似度。RSSI相似度能夠反映出傳感器節(jié)點間空間距離的相近程度和周圍環(huán)境的相似程度。兩個傳感器節(jié)點間RSSI相似度越大，說明兩節(jié)點在空間上越接近；反之越遙遠(yuǎn)。

4.2 RSSI相似度計算

假設(shè)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中隨機布署了M個傳感器節(jié)點，其中有N個傳感器節(jié)點攜帶位置信息，作為信標(biāo)節(jié)點，他們的位置信息分別是C1，C2，…，Cn，其中Ci(1≤i≤N)為已知信標(biāo)節(jié)點位置信息。其余M-N個傳感器節(jié)點作為未知位置節(jié)點。已知整個傳感器網(wǎng)絡(luò)為連通網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)未知位置節(jié)點的位置信息可單獨計算各自的位置信息。輸出結(jié)果為本地節(jié)點的估計位置。定位開始階段，每一個未知位置節(jié)點首先與最先接收到信號的節(jié)點A計算RSSI相似度。具體步驟是：信標(biāo)節(jié)點向整個傳感器網(wǎng)絡(luò)中廣播自己的信號，所有的未知位置節(jié)點在收到信號強度后，為了節(jié)省能耗和網(wǎng)絡(luò)資源，并非所有節(jié)點進(jìn)行定位計算，而是將自己接收到的其他信標(biāo)節(jié)點的RSSI值直接回復(fù)給最先接收到信號強度的節(jié)點A。節(jié)點A這時也獲得信標(biāo)節(jié)點的RSSI值向量，即RSSIA=[RA1，RA2，…，RAn](假設(shè)節(jié)點A有n個鄰居信標(biāo)節(jié)點)和鄰居節(jié)點收到的其他鄰居信標(biāo)節(jié)點的RSSI值矩陣為：

由于RSSI相似度可以反映兩個節(jié)點在整個網(wǎng)絡(luò)中位置的相似程度，比如鄰居情況、空間距離、周圍環(huán)境等。式(1)表示的是兩個傳感器節(jié)點的RSSI相似度。通過式(2)可算得：

節(jié)點A對所有鄰居節(jié)點的空間相似程度．此時得到的是一個相似度序列S。

4.3鄰居節(jié)點數(shù)K

節(jié)點的RSSI相似度反映了相近所有未知位置節(jié)點在空間上的差異程度。K的確定是使最先接收到信號的節(jié)點A和其他節(jié)點通過式(2)得到與節(jié)點A的相似度。然后將獲得的相似度序列S進(jìn)行降序排序，得到序列S={S1，S2，S3，…，Sn}。由于節(jié)點的位置相對節(jié)點A是隨機的，以致相距A較遠(yuǎn)的節(jié)點與節(jié)點A的場強會產(chǎn)生較大的差值，導(dǎo)致RSSI相似度較小，所以相似度最大的前K個點的選擇直接影響了定位系統(tǒng)的精度?，F(xiàn)給出求得K值的步驟如下：

(1)構(gòu)造鄰居集合SetK；
(2)取序列S的前3個RSSI相似度S1，S2，S3加入到鄰居集合SetK中，并求得3個相似度最小差值△Smin；
(3)分別計算其余RSSI相似度Si(4≤i≤m-n)與S3的差值△Si，如果△Si≤△Smin，則將Si加入到鄰居集合Set K中；
(4)K=SetK中元素的個數(shù)。

通過選擇RSSI相似度和鄰居節(jié)點數(shù)K，即可確定團(tuán)員。組團(tuán)后，只讓團(tuán)長與信標(biāo)節(jié)點進(jìn)行通信和定位計算，之后得到的位置坐標(biāo)為全體團(tuán)員的位置坐標(biāo)。計算結(jié)束后，作為團(tuán)長的節(jié)點不再把定位結(jié)果發(fā)送給鄰居節(jié)點，而直接通過多跳路由傳給監(jiān)控中心，節(jié)省了整個網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源和能源。

5結(jié)語

采用基于Zigbee技術(shù)的無線傳感器實現(xiàn)了井下人員的定位。為保證系統(tǒng)的可靠性采用組團(tuán)協(xié)議，并著重提出了采用RSSI相似度和鄰居節(jié)點數(shù)K作為選擇團(tuán)員的方法。以解決人員分布密集的通訊壓力問題，如井下人員上下班時的堆積問題。此方法同時也提高了定位精度。