关于RSSI的锚节点定位系统的研究设计

摘 要：随着人们对无线传感器网络的深入研究，其应用逐渐深入到人们生活的各个领域，扮演重要的角色，该次系统是基于RSSI的锚节点定位法，对无线传感网络进行研究和设计，使用CC2530作为主芯片模块，实现信号的发送与接收，然后在电脑终端显示出接收到的数据的信号强度，用单片机处理终端记录到的信号强度，然后在显示器上显示发送端与接收端的距离，最后通过给定的公式计算出发送端的坐标，应用前景广泛。
　　关键词：RSSI 定位 CC2530 
　　无线传感器网络（WSN）是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。WSN广泛应用于军事、智能交通、环境监控、医疗卫生等多个领域。无线传感器网络的诸多应用都与节点信息相关，如定位系统，对于节点定位方面，可以采用少量锚节点来辅助对未知节点的自身定位的方案，用基于RSSI的定位方法，实现基本的定位功能。 
　　1 RSSI理论基础 
　　经过多年的研究，诸多的节点自定位算法已经被提出，由于每一种算法都有适用的环境，因此目前并没有一种通用的定位算法，其中RSSI定位算法优势比较明显，因为其大多数的节点都有RF发射能力，成本低廉、能耗低，因此很多的应用都是基于RSSI来进行距离测算的，同时要注意的是为了使测距误差大大降低，提高RSSI测距的精确度，通常会设计一些滤波器来辅助测量。目前在无线传感器网络中使用的定位算法主要有以下几种分类方式：（1）基于测距的定位和无需测距的定位。（2）集中式计算的定位与分布式计算的定位。（3）静态网络节点的定位和移动网络节点的定位。 
　　2 系统总体设计 
　　系统总体本着可靠、安全、灵活的原则进行设计，遵循发送-接收-数据处理-计算坐标值的过程，注意实现每一个模块环节的最佳优化配置。 
　　2.1 定位算法 
　　可以采用是三角质心算法（图1、图2），这种算法的优点是可以减少RSSI定位的误差。 
　　如图1，A、B、C为锚节点，D是待测节点，由RSSI模型计算出A、B、C三点到D点距离分别为ra、rb、rc，再以ra、rb、rc为半径，对应以A、B、C为圆心画圆，可得到3个圆相交的区域。这里的三角质心算法的基本思想：在这交叠区域内，以任意2个圆的交点为特征点，如图2的E，F，G 三个点即为特征点，其中N与M点分别为三边测量法求出的被测点坐标与三角质心算法求出的被测点坐标，由此可见，三角质心算法得出的被测点的坐标更为准确。然后，通过这3个特征点计算出被测节点D 的坐标。特征点的计算方法为≤ r，其中x，y为圆心坐标，r为半径，同样的方法可以计算出F点，G点的坐标，此时被测点的坐标为式：而该设计是线形的锚节点，可将3个锚节点形成的线看作为一个特殊的三角形，建立数学模型如图3所示。 
　　D点为被测点，A、B、C为3个锚节点，呈线形分布，可通过RSSI模型测出A、B、C三个锚节点到被测点D的距离，分别为ra、rb、rc，再以A为圆心ra为半径画出圆A，同理画出圆B，圆C、D点正好为三个圆的交点，满足对特征点计算的条件，通过特征点求出D点坐标，这样算的优点在于通过三个特征点求出的被测点D点的坐标误差会减小很多。