基于RSSI的室内节点定位方法的研究与实现

发布时间：2017-08-21 04:09

  本文关键词：基于RSSI的室内节点定位方法的研究与实现

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【摘要】：随着互联网与智能终端的快速发展,基于无线传感网络的室内目标定位具有广泛的应用需求,例如商场火灾中消防人员的移动轨迹定位等。基于接收信号强度指示(RSSI)的无线传感网络节点定位技术,由于其成本低、功耗低、硬件要求低等优势,在室内定位中应用得比较广泛。然而室内环境复杂,节点发射功率、长距离通信、突发干扰、环境因子等因素严重影响到RSSI值的测量,进而影响到定位。因此如何抑制室内环境因素的干扰,提高室内定位的精度对基于RSSI的无线传感网络室内定位具有很大的意义。本文针对RSSI室内定位中易受环境因素的影响,通过实验分析各个环境因素对RSSI特性的影响,提出解决的策略。通过节点的点对点通信实验,来获取RSSI值随距离的特性曲线,以此在节点布置时候确定节点间最长通信距离,从而减少长距离通信对RSSI测量的影响;通过节点发射功率的实验,以此证明不同发射功率对一米处接收功率的影响;通过突发干扰下RSSI值的波动特性实验,来证明突发干扰后RSSI恢复正常很快,以此利用滤波来剔除异常数据,减少突发干扰对RSSI的影响;通过室内不同区域环境因子的测试,来证明室内环境因子的动态变化,以此利用最小区域动态环境因子来替代整个室内固定环境因子,从而减少环境因子变化造成的RSSI测量误差。本文在经过各项环境因素实验的分析并提出相应解决方案后,对最小区域动态测距模型进行改进,提出了在不同发射功率情况下,节点的定位精度不变的测距模型,以此消除发射功率对RSSI测距的影响。改进的方案通过matlab的仿真实验看出,其在不同发射功率下RSSI的测距定位精度改善巨大。为减少整个定位方案的运算量,在RSSI值优选滤波时,对均值滤波算法进行一定的改进,以达到高斯滤波在突发干扰情况下的滤波效果;在软件实现上,为减少复杂公式的运算量,例如指数公式,对复杂公式进行了最小二乘直线拟合,并通过matlab仿真分析出分段拟合的效果。最后通过把相关算法写入到TI公司的CC2430传感节点中,以此分别来证明测距方案和三边定位算法在室内定位中的可行性。
【关键词】：无线传感网络 室内定位 接收信号强度指示 动态测距 三边定位
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 无线传感网络概述10
• 1.2 无线传感网络定位技术10-11
• 1.3 国内外研究现状与发展趋势11-13
• 1.3.1 定位技术的国内外研究现状11-12
• 1.3.2 定位技术的研究趋势12-13
• 1.4 课题研究的背景及意义13-14
• 1.5 本文研究的主要内容14-16
• 第2章 WSN节点定位技术理论基础16-30
• 2.1WSN节点定位16-17
• 2.1.1 WSN节点定位技术中的相关术语16-17
• 2.1.2 WSN节点定位的基本原理17
• 2.2 测距技术及测距方法17-22
• 2.2.1 常用的测距技术17-19
• 2.2.2 常用的信号测距方法19-22
• 2.3 室内定位算法22-28
• 2.3.1 定位算法的分类22-24
• 2.3.2 典型的节点定位算法24-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第3章 室内RSSI值的特性分析30-41
• 3.1 RSSI值测量模型30-33
• 3.1.1 无线信号传播的特点30-31
• 3.1.2 对数-正态常数模型31
• 3.1.3 影响RSSI值的参数31-33
• 3.2 不同环境下RSSI的分布区间特性33-36
• 3.2.1 室外操场上的RSSI的分布区间特性33-34
• 3.2.2 楼层走廊的RSSI分布区间特性34-35
• 3.2.3 室内的RSSI分布区间特性35-36
• 3.3 室内RSSI值的稳定性分析36-40
• 3.3.1 RSSI随采样时间变化的稳定性36-37
• 3.3.2 RSSI随通信距离变化的稳定性37-38
• 3.3.3 RSSI在突发干扰下的稳定性38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 基于RSSI的室内定位方法优化41-53
• 4.1 RSSI对数-正态常数模型测距方法优化41-45
• 4.1.1 对数-正态常数模型测距方法及问题分析41-42
• 4.1.2 对数-正态常数模型测距方法改进42-43
• 4.1.3 RSSI值的优选43-45
• 4.2 三边定位算法分析及优化45-47
• 4.2.1 三边定位算法问题分析45-46
• 4.2.2 三边定位算法优化46-47
• 4.3 matlab仿真实验47-51
• 4.3.1 对数-正态常数模型测距仿真47-48
• 4.3.2 RSSI值的优选仿真48-50
• 4.3.3 三边定位算法的定位仿真50-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第5章 基于RSSI测距优化的定位方法实现53-67
• 5.1 软硬件平台介绍53-56
• 5.1.1 CC2430/CC2431节点介绍53-54
• 5.1.2 Z-stack协议栈介绍54-56
• 5.2 RSSI测距定位优化方法的实现56-61
• 5.2.1 算法网络拓扑结构56
• 5.2.2 通信私有协议帧格式56-58
• 5.2.3 复杂公式的简化及实现58-60
• 5.2.4 算法软件实现流程60-61
• 5.3 室内环境下的实验验证61-66
• 5.3.1 RSSI测距方案验证61-64
• 5.3.2 三边定位算法验证64-66
• 5.4 本章小结66-67
• 总结与展望67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 附录A（攻读学位期间发表的论文及参与的科研项目）74

【参考文献】

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本文编号：710721