基于无线传感器网络的定位系统设计

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎ＃ｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用　２００８，４４（１　７）　６７　基于无线传感器网络的定位系统设计　张俊霞　２，汪炀　２，李善亮１，２　ＺＨＡＮＧ　Ｊｕｎ—ｘ１￣ａ１　２，ＷＡＮＧ　ｒａｎｇ＂２，ＬＩ　Ｓｈａｎ－ｌｉａｎｇ　，　１．中国科学技术大学计算机科学与技术系，合肥２３００２７　２冲国科学技术大学苏州研究院，江苏苏州２１５１２３　１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｈｅｆｅｉ　２３００２７，Ｃｈｉｎａ　２．Ｓｕｚｈｏｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｆｏｒ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｓｔｕｄｙ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｓｕｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ　２１５１２３，Ｃｈｉｎａ　Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｊｘ＠ｕｓｔｃ．ｅｄｕ．ｃｎ　ＺＨＡＮＧ　Ｊｕｎ－ｘｉａ，ＷＡＮＧ　Ｙａｎｇ，ＬＩ　Ｓｈａｎ—Ｈａｎｇ．Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００８。４４（１７）：６７－７０。　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｍａｎｄ　ｆｏｒ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｒａｐｉｄｌｙ，ＳＯ　ｉｔ　ｉｓ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｔｏ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｔｈｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｐｐｌｉｃａ—　ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｆｉｓｔｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｓｅｌｅｃｔｓ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ　ｆｏｒ　ｍｏｂｉｌｅ　ｎｏｄｅｓ　ａｆｔｅｒ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅｉｒ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｃｏｍｍｕｎｉ—　ｃａｔｉｏｎ　ｔｒａｆｉｆｃ，ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｓ　ｓｏｍｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｏｒ　ｂｅａｃｏｎ　ｎｏｄｅｓ　ｔｏ　ｓｐｅｅｄ－ｕｐ　ｔｈｅｉｒ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ　ｂｕｉｌｄｕｐ，ａｎｄ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｌｉｎｋａｇｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ｆｉｎａｌｌｙ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｏｄｅ’Ｓ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ＴｉｎｙＯＳ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｗｅｉｇｈｔ—ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｅｒｖｅｒ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ；ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；ｓｅｎｓｏｒ　ｎｏｄｅ；ＴｉｎｙＯＳ；ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　摘要：无线定位应用需求日益增长，研究无线传感器网络的定位应用具有重要意义。首先介绍基于无线传感器网络的定住系统　的软硬件结构，然后从能量消耗、网络通信量和可靠性等方面来分析和选择移动结点的工作方式，并提出了使信标结点实现动态　快速组网、提高网络通信效率和通信链路稳定性等所采取的措施，最后给出了在ＴｉｎｙＯＳ下传感器结点的程序结构和实现，以及在　服务器端实现的改进的加权质心定位算法。　关键词：无线传感器网络；定位系统；传感器结点；ＴｉｎｙＯＳ；定位算法　ＤＯｈ１０．３７７８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２～８３３１．２００８．１７．０２１　文章编号：１００２—８３３１（２００８）１７—００６７—０４　文献标识码：Ａ　中图分类号：ＴＰ３９３　１引言　无线定位技术有着广泛的应用前景，采用全球定位系统　（ＧＰＳ）虽然可提供较精确的定位，但是不仅成本高而且有些　采用ＭＩＣＡ２传感器结点构成的无线传感器网络的定位应用　设计和实现。　场合应用受限，例如地下矿井Ｉｌｌ。无线传感网络作为集计算　机、传感器、无线通信技术于一身的新兴技术，在军事和民用　领域都有着广阔的应用前景，如军事侦察、环境监测、医疗监　护、空问探索等，它是由部署在监测区域内大量低廉的微型传　感器结点，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络刚。　ＭＩＣＡ２和ＴｉｎｙＯＳ被广泛用于无线传感器网络的研究中。ＭＩ—　２无线定位系统设计　我们设计的基于无线传感器网络的定位系统包括硬件和　软件两大部分。硬件部分由服务器和传感器结点组成，其中传　感器结点按其实现功能不同，可分为信标（Ｂｅａｃｏｎ）结点和移动　结点，两者硬件结构相同只是其上配置的软件不同。硬件连接　关系如图１所示，与服务器直接连接的结点称为基站（Ｂａｓｅ—　ＣＡ２是由美国克尔斯博（Ｃｒｏｓｓｂｏｗ）公司开发的微型传感器结　点，具有低功耗、小体积、可扩展性、和无线通信能力等特点　［５１。ｓｔａｔｉｏｎ），信标结点之间通过无线连接构成树形通信网络，移动　结点与邻近的信标结点无线通信。实际上，所有的传感器结点　构成了无线传感器网络。　移动结点可放置在待定位的人或物体上，随着人或物体的　ＴｉｎｙＯＳ是针对无线传感器网络特点而设计的开源嵌入式　操作系统，它采用基于组件（Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ—Ｂａｓｅｄ）和事件驱动　（Ｅｖｅｎｔ—Ｄｒｉｖｅｎ）的编程模型，提供一系列可重用的组件，使得　能够快速实现传感器结点的各种应用程序开发＿６ｌ。本文讨论　移动而移动，而信标结点一旦布置，其位置相对较为稳定。移动　结点的基本任务是周期性收集邻居信标结点的信息（主要是射　基金项目：国家发改委项目（Ｔｈｅ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｒｅｆｏｒｍ　Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　ｕｎｄｅｒ　Ｇｒａｎｔ　Ｎｏ．［２００６］２０７５）。　作者简介：张俊霞（１９６５一），男，讲师，研究方向为计算机体系结构和无线传感器网络；汪炀（１９８０一），男，博士后，博士，研究方向为无线传感器网络　定位技术、水利行业信息化软件；李善亮（１９８２一），硕士研究生，研究方向为无线传感器网络定位技术。　收稿日期：２００７—１２—０５　修回日期：２００８—０２—２５　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用　△………一△　／　ｏ／　．／　Ｏ　ｏ　ｏ　一…一一一一　一－一一一一一一。　ｕ　＼ｏ　Ｏ　Ｏ　ｏ、、　…………一△　ｏ　——有线连接　△信标结点　…无线连接　Ｏ移动结点　图１定位系统硬件连接　频信号强度指示ＲＳＳＩ，用于距离估算），将收集到的信息生成　定位数据包发送给一个邻居的信标结点。信标结点的基本任务　是建立和维护信标结点之间的通信链路，将来自移动结点的定　位数据包接力转发至基站，再由基站传送到服务器。服务器对　定位数据进行处理，获取移动结点相对信标结点的位置信息，　从而实现对移动结点定位的目标。　定位系统的软件结构如图２所示。传感器结点端程序负　责生成定位数据并将其接力传送至服务器；服务器端程序负　责接收定位数据将其存入数据库，以及对数据库中数据进行　分析与处理（如实现复杂的定位算法）；用户应用程序提供　人机界面，显示移动结点位置。对于定位系统的软件设计，　本文主要讨论传感器结点端的程序设计和服务器端的定位　算法。　图２定位系统软件结构　２．１移动结点工作方式　实现移动结点收集信标结点信息的方案可有两种选择：主　动方式或被动方式。在主动方式中，移动结点在收集前主动广　播请求，邻居信标结点收到请求后发出应答，移动结点收集应　答信息；在被动方式中，信标结点周期性广播信标，移动结点收　集信标信息。两种方式的工作周期如图３所示，一个工作周期　包括活动时间和休眠时间，这里活动时间定义为完成一次定位　信息的收集和发送所经历的时问。　二　活动时间　～ｌ　一０　、　一＿　请求Ｊ收集　ｌ发送Ｊ　休眠　Ｊ　（ａ）主动方式　（ｂ）被动方式　图３移动结点工作方式　下面从移动结点的能量消耗、网络通信量和可靠性三个　方面来比较这两种方式，从而为选择移动结点的工作方式提　供依据。　移动结点的能耗与其活动时间密切相关。在主动方式中移　动结点的活动时间包括请求、收集和发送时间，其中收集时间　由邻居信标结点的应答时问决定，因此与邻居信标结点的数目　有关。被动方式下移动结点的活动时间仅包括收集和发送，其　中收集时间由邻居信标结点的信标广播周期决定，故移动结点　的活动时间与邻居信标结点的信标广播周期有关。由于不同信　标结点独立定时所造成的时间不同步和误差，移动结点的收集　时间应大于信标结点的广播周期，即尽量保证移动结点在收集　时间内能够收集到所有邻居信标结点发出的信标信息。一般来　说，被动方式的收集时间要大于主动方式的收集时问，因此主　动方式具有较短的活动时间和较低的能耗。　现在比较两种方式下的网络通信量，不考虑信标结点对定　位数据包的转发所产生的通信量。假设定位系统由中有ｍ个　信标结点和ｎ个移动结点，每个移动结点平均能与ｉ个邻居信　标结点通信，被动方式下的工作周期时间与信标结点信标广播　周期时间之比为ｋ（ｋ＞１）。在一个工作周期内，采用主动方式和　被动方式的定位系统发送的信息包数ＰＡ和ＰＰ分别为：　＝（　＋２）　ｎ　（１）　＝　ｍ＋ｎ　（２）　对于移动结点密集型的应用来说，例如矿下人员定位系　统，移动结点数量大大于信标结点的数量，假如令ｎ＝５＊ｍ，ｉ＝　３，则对于ｋ＜２０，Ｐ　＞　，即采用主动方式的定位系统所产生的　网络通信量大于采用被动方式，因此，在具有多移动结点和小　工作周期的定位系统中，采用主动方式易引起网络阻塞和数据　包丢失。　从可靠性方面考虑，主动方式不如被动方式。这里可靠性　定义为：在收集时间内，移动结点能够完整地收集所有可通信　的邻居信标结点信息的概率。完整信息对于定位算法的位置估　算至关重要。在被动方式下，虽然存在因为移动结点未收到某　个邻居信标结点的信标，而使得移动结点收集到的信息不完　整，造成定位数据包不准确，但是可以通过延长收集时间（或缩　短信标结点的信标周期时间，即加大收集时问与信标周期时间　的比率）来提高可靠性。而主动方式存在较多不可靠因素，邻居　信标结点会因未收到移动结点的请求而不发应答，或者信标结　点虽然发送了应答但是移动结点未收到该应答，从而造成定位　数据包不完整。这是不能仅依靠延长收集时问来克服的，需要　移动结点在延长的活动时间内发送多次请求来提高可靠性，但　是这样必然大大增加网络通信量。另外，主动方式中多个信标　结点同时收到移动结点的请求，如果同时发送应答势必会造成　应答包冲突。虽然增加随机化发送可改善之，但是增添了复杂　性和延长了收集时间。　综上所述，主动方式适合于网络通信量小的大周期和非周　期性的定位收集系统，而被动方式适合网络通信量变化较宽的　周期性定位收集系统。本文移动结点选择被动方式工作。　２．２信标结点网络结构　信标结点构建的无线通信网络具有如图４所示的层次结　构，基站在网络中的层次为０，以基站为父结点的信标结点在　网络中的层次为１，以第１层信标结点为父结点的层次为２，其　他依此类推。定位数据在该网络中是自高序号层次向低序号传　递，即第ｉ层一　一１一…一Ｏ。　信标结点具有动态自动入网和组网功能。未入网的信标结　维普资讯 http://www.cqvip.com

张俊霞，汪　炀，李善亮：基于无线传感器网络的定位系统设计　２００８．４４（１７）　６９　第。层　ＣｏｍｍＰｒｏｍｉｓｃｕｏｕｓ组件发送；此外，对于信标结点还要转发来　，　、　‘、自其他信标结点的定位数据包；　、，　、，　．今　ＧｅｎｅｒｉｃＣｏｍｍＰｒｏｍｉｓｃｕｏｕｓ：负责与射频收发器（ＴＲｘ）打交　，　道，发送和接收信息包；　Ｊ，，　，‘　、、第　层　，、，ｆ，、、ＬｅｄｓＣ：指示结点的工作状态。　，．　由于ＴｉｎｙＯＳ是基于组件和事件驱动的编程模型，而且　ＴｉｎｙＯＳ　１．ｘ版提供的ＴｉｍｅｒＣ、ＬｅｄｓＣ和ＧｅｎｅｒｉｃＣｏｍｍＰｒｏｍｉｓｃｕ—　ＯＨＳ组件在此可不加修改地加以应用，因此，下面仅描述Ｌｏｃａ—　ｔｉｏｎ和ＭｕｌｔｉｈｏｐＲｏｕｔｅｒ组件。　ｏＬｃａｔｉｏｎ组件的命令和事件处理如下：　（１）初始化命令：初始化ＭｕｌｔｉｈｏｐＲｏｕｔｅｒ、Ｔｉｍｅｒ（］和ＬｅｄｓＣ　组件，启动ＭｕｈｉｈｏｐＲｏｕｔｅｒ组件（ｃａｌｌ　ＳｔｄＣｏｎｔｒｏ１．ｓｔａｒｔ），启动　ＴｉｍｅｒＣ组件工作周期定时（ｃａｌｌ　ＣｙｃｌｅＴｉｍｅｒ．ｓｔａｎ（ＴＩＭＥＲ—ＲＥ—　ＰＥＡＴ，Ｔｍ１）），另外，对于移动结点还要启动ＴｉｍｅｒＣ组件收集　时间定时（ｃａｌｌ　ＤｅｌａｙＴｉｍｅｒ．ｓｔａｒｔ（ＴＩＭＥＲ—ＯＮＥ—ＳＨＯＴ，Ｔｍ２））。注　意：图５中省略了组件的标准控制接口ｓｔｄＣｏｎｔｒｏｌ；移动结点和　信标结点的工作周期Ｔｍｌ是不同的。　（２）收集时问定时到（ＤｅｌａｙＴｉｍｅｒ．ｆｉｒｅｄ）事件：获取Ｍｕｌｔｉｈｏ—　ｐＲｏｕｔｅｒ组件的邻居表信息（Ｃａｌｌ　ＲｏｕｔｅＣｏｎｔｒｏ１．ｇｅｔＮｅｉｇｈｂｏｒｓ）。若　邻居表为空，表示移动结点收不到周围信标结点信号，则停止　ＭｕｈｉｈｏｐＲｏｕｔｅｒ组件（ｃａｌｌ　ＳｔｄＣｏｎｔｒｏ１．ｓｔｏｐ），启动休眠；否则由邻　居表生成定位数据包，将定位包递交ＭｕｌｔｉｈｏｐＲｏｕｔｅｒ组件发送　（Ｃａｌｌ　ＳｅｎｄＭ．ｓｅｎｄ）。　（３）工作周期定时到（ＣｙｃｌｅＴｉｍｅｒ．ｆｉｒｅｄ）事件：对于移动结　点，启动ＭｕｌｔｉｈｏｐＲｏｕｔｅｒ组件，启动ＴｉｍｅｒＣ组件的收集时问定　时。对于信标结点，获取ＭｕｈｉｈｏｐＲｏｕｔｅｒ组件的邻居表信息和　发送队列信息（ｃａｌｌ　ＳｅｎｄＭ．ｇｅｔＳｔａｔｕｓ），如果邻居表不空（该结点　可入网或者已经入网）且发送队列为空（发送信道空闲），就生　成信标包递交ＭｕｌｔｉｈｏｐＲｏｕｔｅｒ组件发送。　（４）发送结束（ＳｅｎｄＭ．ｓｅｎｄＤｏｎｅ）事件：对于移动结点，停止　３传感器结点程序设计　ＭｕｈｉｈｏｐＲｏｕｔｅｒ组件，启动休眠。　为了方便维护传感器结点程序，本设计为移动结点和信标　ＭｕｌｔｉｈｏｐＲｏｕｔｅｒ组件的命令和事件处理如下：　结点设计一个公共程序。将该程序写入结点时，提供结点类型　（１）初始化命令（ＳｔｄＣｏｎｔｒｏ１．ｉｎｉｔ）：初始化ＧｅｎｅｎｃＣｏｍｍ—　参数，指定是移动结点还是信标结点。在ＴｉｎｙＯＳ环境下，设计　Ｐｒｏｍｉｓｃ组件，初始化邻居表，清除父结点有效标志。邻居表保　的结点程序结构如图５所示，其中各组件的功能如下：　存邻居信标结点的信息，例如结点编号、结点在网络中的层次　Ｌｏｃａｔｉｏｎ：顶层应用组件，周期性生成定位数据或信标包，　号、发送包序列号、平均射频信号强度ＲＳＳＩ、收包率等。　递交ＭｕｈｉｈｏｐＲｏｕｔｅｒ组件发送；　（２）启动命令（ＳｔｄＣｏｎｔｒｏ１．ｓｔａｒｔ）：启动ＧｅｎｅｒｉｃＣｏｍｍＰｒｏｍｉｓｃ　ＴｉｍｅｒＣ：为Ｌｏｃａｔｉｏｎ组件提供工作周期和收集时间定时；　组件，进而由该组件启动物理射频收发器发送和接收信息包。　ＭｕｌｔｉｈｏｐＲｏｕｔｅｒ：接收来自ＧｅｎｅｒｉｃＣｏｍｍＰｒｏｍｉｓｃｕｏｕｓ组件　（３）停止命令（ＳｔｄＣｏｎｔｒｏ１．ｓｔｏｐ）：停止ＧｅｎｅｒｉｃＣｏｍｍＰｒｏｍｉｓｃ　的信息包，维护邻居表和选择父信标结点；接收Ｌｏｃａｔｉｏｎ组件　组件，进而停止物理射频收发器发送和接收信息包；清空邻居　提交的定位数据或信标包，加上路由头后递交给Ｇｅｎｅｉｒｃ一　表，清除父结点有效标志。　（４）发送命令（ＳｅｎｄＭ．ｓｅｎｄ）：若父结点无效，则根据邻居表　选择父结点（具体选择算法不在本文讨论），如果成功选择，设　置父结点有效标志。在父结点有效情况下，将信息包（定位数据　包或信标包）加上路由头后放入发送队列，等待递交给Ｇｅｎｅｒ－　ｉｃＣｏｍｍＰｒｏｍｉｓｃｕｏｕｓ组件发送。　（５）接收事件（Ｒｅｃｅｉｖｅ．ａｒｒｉｖｅｄ）：若接收到的信息包来自邻　居信标结点，则更新邻居表。若本结点是信标结点，并且信息包　是以本结点为目标的定位数据包，则转发该定位数据包，即加　上路由头后放入发送队列，等待递交给ＧｅｎｅｒｉｃＣｏｒｎｒｎＰｒｏｍｉｓｃｕ—　ＯＵＳ组件发送。　蹦５结点程序结构　（６）发送结束事件（ＳｅｎｄＣ．ｓｅｎｄＤｏｎｅ）：对于信标结点，若发　维普资讯 http://www.cqvip.com

７０　２００８．４４（１７）　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用　表１改变０【值的测试结果　送失败，则清空发送队列，清除父结点有效标志。　将Ｄ　集合中的中间值记作ｄ　。Ｗ　表示信标结点Ｂｉ的权值，　计算公式如下：　４服务器端的定位算法　利用Ｖｉｓｕａｌ　ｃ＃２００５和ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ一２０００来开发服务器　端软件。在实际的测试中，将４个信标结点摆放在一个３ｍｘ３ｍ　＝　（６）　下面利用信标结点的坐标加权平均值来计算Ｍ的位置，　计算公式如下：　的正方形区域的四角，移动结点在此区域内移动。服务器通过　串口读取的定位数据包来计算移动结点的位置。　在服务器端，实现了加权质心算法［４１和作者自己设计的改　进算法。在加权质心算法中，利用结点之间的ＲＳＳＩ作为参考，　计算信标结点的权值。这里将ｉｚＦｉ＂能够互相通讯的结点称作结　点对。然而，对于无线传感器网络来ｉ兑，不同环境下，距离相同　的结点对的ＲＳＳＩ值可能不同。此外，在同一环境下，不同区域　或不同方向的结点对，尽管距离相同，ＲＳＳＩ值也可能不相同。　∑Ｗ　ｘＸ　＝　——～，Ｙｅ∑　ｘＸ　＝　—一　（７）　∑Ｗ　ｉ＝１　∑Ｗ　ｉ＝１　４．２定位性能比较　提出的改进算法，充分利用了已知的距离信息和信标结点　之间的信号强度信息对权值进行校正。在ｏｔ＝１．６５时，可以获得　最小的平均误差。与加权质心算法相比，平均误差和标准偏差　这就意味着同一个ＲＳＳＩ值，在不同的结点对之间代表不同的　距离，相应的权值也应当不同。出于这种考虑，利用信标结点之　分别减小了２５．３５％和１７．３２％，如表１所示。　间的距离和信号强度信息对权值进行校正。在实现系统过程　中，还研究了无线信号的能量衰减模型中参数对算法定位效果　的影响。　５结束语　本设汁对无线传感器网络的定位系统应用进行了有益尝　试。虽然由于采用射频信号强度估算距离存在误差，导致实现　４．１改进的加权质心算法　网络中的ｎ个信标结点Ｂ　的已知位置坐标为（Ｘ　，Ｙ　），其　中１≤　≤ｎ，移动结点Ｍ的估测位置坐标为（　，ｙ　ｏ　ＲＳＳＩ表　示信标结点Ｂ　接收到信标结点　，信号ＲＳＳＩ平均值（单位　ｄｂｍ），Ｐｉ．表示信标结点Ｂ　接收到信标结点Ｂ　的信号强度平均　值（单位ｍＷ）：　ＲＳＳＩ的定位系统在小规模（几十个ＭＩＣＡ２结点）应用测试中只能达　到区域定位（移动结点在某几个信标结点附近）的结果，但是在　不需要精确定位的场合，例如矿下人员定位，仍具有一定的应　用价值。　参考文献：　（３）　［１］张婷，郑建生，王皓．无线定位新技术及发展趋势【Ｊｌ＇电讯技术，　２００６，４６（２）：２１—２２　＝，】Ｏ　ｍ　．ＲｓＳ，表示移动结点Ｍ接收到信标结点Ｂ．信号ＲＳＳＩ平均　值（单位ｄｂｍ），Ｐ　表示移动结点Ｍ接收到信标结点Ｂ．的信号　强度平均值（单位ｍＷ）：　Ｒ　ＳＳＩ【２】李忱，杜军，金芳．无线传感器网络及其应用ＩＪｌ＇仪器仪表用户，　２００６，ｉ３（３）：１－２　［３］周贤伟，王强，覃伯平．无线传感器网络结点定位算法的研究【Ｊ１ｌ传　（４）　．—　Ｐ＝１０　。，感器与微系统，２００６，２５（３）：４－６．　【４１　Ｓｈｅｎ　Ｘ，Ｗａｎｇ　Ｚ，Ｊｉａｎｇ　Ｐ，ｅｔ　ａ１．Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　ＲＳＳＩ　ｂａｓｅｄ　ｌｏｃａｌ—　ｉｚａｔｉｏｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，２００５．　Ｂｄ　表示信标结点Ｂｉ和Ｂ　之间的距离，Ｄ　＝　ｄ　…，ｄｃ｝，　其中　≠　，表示汁算出来的Ｍ到信标结点Ｂ．之间的距离集合：　ｄ：一　—ｘＢｄ　—　［５Ｊ　ＭＰＲ—ＭＩＢ　ｕｓｅｉｓ　ｍａｎｕａｌ［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｘｂｏｗ．ｃｏｍ／Ｓｕｐｐｏｒｔ／ｗＵｓｅｒ－　（５）　Ｍａｎｕａｌｓ．ａｓｐｘ．　Ｐ　【６】ＴｉｎｙＯＳ　ｔｕｔｏｒｉａｌ［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉｎｙｏｓ．ｎｅｔ／ｔｉｎｙｏｓ—Ｉ　ｘＭｏｃ／ｔｕｔｏｒｉａｌ／．　（上接６４页）　【３Ｊ　Ｓｔｏｎｅｂｒａｋｅｒ　Ｍ，Ｓｃｈｌｏｓｓ　Ｇ．Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ＲＡＩＤ－ａ　ｌｌｅｗ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｃｏｐｙ　Ｉｓ　ｉｔ　ｗｏｒｔｈ　ｉｔ？ＩＣ］／／Ｐｒｏｅｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ＩＥＥＥ　ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａＩ　Ｃｏｎ　Ｆｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｍｕｈｉｍｅｄｉａ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，１　９９９—０６：６３５—６４０　ａｌｇ０ｒｉｔｈｍＩＣ】／／Ｐｒ０ｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　６ｔｈ　ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｔｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｄａｔａ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ．ＩＥＥＥ　Ｐｒｅｓｓ，１９９０：４３０—４３７．　ｆ６Ｉ　Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　ｄｉｒｅｃｔＳｈｏｗ　ＳＤＫ＆Ｗｉｎｄｏｗｓ　ｍｅｄｉａ　ｆｏｒｍａｔ　ＳＤＫ　ｄｏｃｕｍｅｎｔａｔｉｏｎｌＥＢ／Ｏ　Ｌ１．ｈｔｔｐ：／／ｍｓ（Ｉｎ．ｕｆｉｃｒｏｓｏｆｔ．ｅｏｎＮｉｂｒａｒｙ／．　［７］Ｔｒａｎ　Ｄ，Ｈｕａ　Ｋ，Ｓｈｅｕ　Ｓ．Ａ　ｎｅｗ　ｃａｃｌｉｒｎｇ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｔｉｒｅ　ｆｏｒ　ｅｍｃｉｅｎｔ　ｖｉｄｅｏ—ｏｎ—ｄｅｍａｎｄ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＩｎｔｃｍｅｔＩＣ］／／Ｐｒｏｔ・ｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｌＥＥＥ　ｌｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａＩ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　ＳＡＩＮＴ．２００３．　［４　Ｊ　Ｓｉｔａｒａｍ　Ｄ，Ｄａｎ　Ａ．Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　ｓｅｒｖｅｒｓ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ．ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎｌＭ］．［Ｓ．１．Ｊ：Ｍｏｒｇａｎ　Ｋａｕｆｍａｎｎ　Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，２０００．　【５１　Ｒｅｉｓｓｌｅｉｎ　Ｍ，Ｒｏｓｓ　Ｋ　Ｗ，Ｓｈｅｓｔｈｒａ　Ｓ．Ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ　）ｒ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　Ｖｉｄｅｏ：