無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于RSSI的節(jié)點(diǎn)距離預(yù)測

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　　隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的不斷深入，應(yīng)用已經(jīng)逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。各種在特定應(yīng)用背景下的研究層出不窮，如環(huán)境監(jiān)測、目標(biāo)跟蹤、安全監(jiān)控等領(lǐng)域。位置信息對傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測活動至關(guān)重要，事件發(fā)生的位置或獲取信息的節(jié)點(diǎn)位置是傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測消息中包含的重要信息，了解傳感器節(jié)點(diǎn)位置信息不僅可以獲取路由信息，而且可以進(jìn)行節(jié)點(diǎn)定位等。測距的誤差在很大程度上決定了目標(biāo)定位及跟蹤的誤差。常用的定位方法必須測量節(jié)點(diǎn)間的距離，一般測距方式有紅外線、GPS、超聲波和接收信號強(qiáng)度指示器(RSSI)等。

　　紅外線、GPS和超聲測距都需要額外的硬件，增加了節(jié)點(diǎn)的硬件成本和尺寸。GPS和紅外線測距誤差較大，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的定位無需額外硬件，利用對接收無線信號的強(qiáng)度判斷，推導(dǎo)收發(fā)節(jié)點(diǎn)間的距離，計算接收無線信號強(qiáng)度是商用無線收發(fā)芯片具備的功能?；赗SSI的測距提供了最廉價的定位方法，而且節(jié)點(diǎn)沒有添加任何部件。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(jié)點(diǎn)成本和尺寸。所以，基于RSSI的測距是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位較常采用的方法。首先對RSSI進(jìn)行預(yù)處理，再通過預(yù)測模型預(yù)測距離的值，不但提高了基于RSSI的測距精度，而且實(shí)現(xiàn)了低成本的測距。

　　1 BP網(wǎng)絡(luò)的模型結(jié)構(gòu)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(xí)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(gòu)成。層與層之間的神經(jīng)元采用全互連的連接方式，通過相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)權(quán)系數(shù)w相互聯(lián)系，每層內(nèi)的神經(jīng)元之間沒有連接。圖1所示為具有一個隱含層的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(quán)值，Vrj為輸出層與隱層的權(quán)值。

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　　2 實(shí)驗(yàn)平臺及數(shù)據(jù)的預(yù)處理

　　2.1 RSSI值獲取

　　實(shí)驗(yàn)在空曠的無障礙物的廣場進(jìn)行?；?a href="http://ttokpm.com/tags/ti/" target="_blank">Tiny()S系統(tǒng)，以克爾斯博的Iris節(jié)點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)平臺，0號節(jié)點(diǎn)為固定節(jié)點(diǎn)，用于接收數(shù)據(jù)。發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)均使用短桿狀天線，節(jié)點(diǎn)放置高度為2 m左右。固定0號節(jié)點(diǎn)，移動發(fā)射節(jié)點(diǎn)。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)分析得出，RSSI在10 m的范圍內(nèi)隨著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10 m，則測距的精度得不到保證，所以此實(shí)驗(yàn)的測試范圍限定在0～10 m。實(shí)驗(yàn)人員拿著移動節(jié)點(diǎn)，從固定節(jié)點(diǎn)處沿著直線均勻走動，當(dāng)走到10 m處停止接收數(shù)據(jù)，記錄整個連續(xù)移動過程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

　　3個工作人員分別拿著移動終端在0～10 m的范圍內(nèi)勻速前進(jìn)，得到的RSSI值與距離的關(guān)系如圖2所示。

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　　由圖2可以看出，不同的人員拿著移動終端前進(jìn)，RSSI與距離的關(guān)系曲線基本一致，說明RSSI值與距離的關(guān)系符合一定的衰減規(guī)律。

　　在相同的實(shí)驗(yàn)平臺下，在0～10 m的范圍內(nèi)，每間隔0.2 m或者0.3 m記錄RSSI值，每個距離均接收100個左右的數(shù)據(jù)包，對RSSI先進(jìn)行均值處理，然后得出RSSI值與距離的關(guān)系曲線如圖3所示。

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　　對比圖2和圖3得出，停頓走比連續(xù)走時的RSSI值與距離的關(guān)系曲線更平滑，衰減更慢。因?yàn)檫B續(xù)走的時候，信號會受到人身體走動或者旁邊干擾物的影響，出現(xiàn)不同程度的突變。為了確保距離預(yù)測值的精度，因此以停頓測量的數(shù)據(jù)作為測試樣本。