如何WSN定位衰减因子的RSSI测距信号

　　WSN其实是一种分布式的传感网络，它是可以感知外部和检查外部世界的传感器，它是物联网的关键技术。

　　在无线传感器网络中定位技术是运用广泛的重要技术，在基于距离的定位技术中，测距精度在很大程度上决定了定位精度。传统的RSSI测距法存在路径损失模型复杂、环境变化引起信号严重震荡而产生测距误差等不足。针对以上问题，本文提出利用锚节点测距信号衰减因子的RSSI测距法，该测距法无需建立路径损失模型，同时，信号衰减因子与RSSI测距有很强的关联性，减少了因其他因素引起的信号强度值震荡而带来的测距误差，具有很好的环境适应能力。

　　无线传感器网络（Wireless Sensor Networks， WSN）是现代一种有大量微型传感器节点部署的无线检测区域网络。在无线传感器网络实际工程应用中，节点需要提供自身的位置信息及检测信息，才能提供有效的监测服务［2-3］。无线传感器网络中目标的定位、跟踪和轨迹预测都需要节点的位置信息。

　　WSN的定位问题一般指对于一组未知位置信息的网络节点，依靠已知的锚节点的位置信息，通过测量未知节点至其余节点的距离或跳数，或者通过估计节点可能处于的区域范围，结合节点间交换的信息和锚节点的已知位置，来确定每个节点的位置［5］。

　　基于接收信号强度指示测距法（Received Signal Strength Indicator，RSSI）的测距方式是指，信号在传播过程中遇到障碍物时会被反射、折射以及吸收，在障碍物周围的信号存在较大的路径损失，造成测距的不准确性，最大测距误差可达±50%［2］。本文针对RSSI测距法中存在的不足，提出利用锚节点测距信号的RSSI测距法解决测距误差。

　　1 节点定位技术基本理论

　　1.1 基于距离（Range-Based）的定位

　　在Range-Based的定位中，节点之间测距精度决定定位的精度，介绍分析以下几种常见的测距法。

　　到达时间（TIme of Arrival，TOA）测距法是一种基于方向链路的定位方法，通过测量节点信号到达多个信标节点的传播时间来确定节点的位置。但它对所有节点相同的误差没有进行处理，误差较大。

　　到达时间差（TIme Different of Arrival，TDOA）测距法是另一种基于反向链路的定位方法，通过检测不同信号到达的时间差来确定节点的位置。但由于节点功率控制会造成相邻节点接收到的功率小，因此会导致比较大的测量误差。

　　到达角（Angle of arrival，AOA）定位由两个或更多锚节点通过测量接收信号的到达角来估计节点的位置。而当节点距离协调器较远时，节点定位角度的微小偏差会导致测位线距离的较大误差。

　　接收信号强度指示（RSSI）测距法通过接收节点测量接收功率，计算传播损耗，使用理论或经验的信号路径损失模型将传播损耗转化为距离。其不需添加任何额外硬件降低投入成本，但其路径损失模型建立复杂，射频信号易受多径衰落、非视距等环境影响导致接收信号强度值严重震荡，难以准确测距。

　　1.2 影响定位精度的主要因素

　　由于无线传感器网络的通信环境复杂多变，因此，各种依赖于通信信号测量的定位技术都受到各种因素的影响，如多径传播问题及NLOS传播。

　　2 RSSI测距法

　　RSSI测距法定位的算法中，用已知节点之间距离测量的准确度来决定定位的精度。RSSI测距法的基本思想是：在传播过程中由于信号的衰减，通过特定环境下的信号传播路径损失模型，运用到所求信号传播环境下，计算出信号衰减量对应的节点之间信号的传输距离。

　　2.1 RSSI测距原理

　　RSSI的定位算法中，传播信号在自由空间中传播，其能量没有介质损耗，传播路径损耗是指自由空间中发射节点的发射信号在传播过程中，随着距离的增加，由于信号被反射、吸收使节点接收到信号的功率密度减少，计算出信号的传播损耗，建立路径损失模型将传输损耗量转化为对应距离［2-3，6］。路径损失是距离的二次函数，表达式如下：

　　（1）

　　上式中Pt为节点发射功率，Pt（d）为接收功率;Gr、 Gt分别是发射天线和接收天线的增益;d是发射节点到接收节点的距离;n是取决于环境的平均路径损耗指数;λ是波长。

　　由（1）式可得：

　　（2）

　　由此，接收信号功率变化与发射节点及接收节点距离的平方成反比，通过测量接收信号的强度利用式（2）可计算出发射与接收两节点间的距离。

　　2.2 RSSI测距法优缺点及误差分析

但RSSI测距法在实际使用中，由于环境因素易产生多径传播、反射、天线增益、非视距等现象，即使布置在固定场合的无线传感器网络，当环境因素改变时，信号衰减速度也会变化，造成相同距离产生不同环境平均路径损耗指数