基于TinyOS平台的RSSI定位系统设计与实现 02 传感器, 测量, 网络, 无线

samwalton

2．2 三边测量法定位
        三边测量法是无线传感器网络定位算法中较为最典型的一种。在盲节点通过基于RSSI的测距方法获取到3个或以上信标节点的距离后，就可利用三边测量法进行自身定位。如图1所示，已知3个信标节点A、B、C的坐标(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)。假设盲节点的坐标为(x，y)，根据盲节点接收到的RSSI值，得盲节点到A，B，C的距离分别为d1、d2、d3。

   
        则根据三边测量法原理，有式(4)成立
        
        由式(4)可以求得盲节点的坐标如式(5)所示
        
   
    3 RSSI定位算法在操作平台上的实现
        在此环节中，主要用NesC语言在TinyOS环境下将RSSI定位算法具体实现，编译成功后将NesC程序分别烧写到对应的硬件节点中进行实验。其实验结构如图2所示，信标节点发送包含自身坐标的数据包到盲节点及基站节点。盲节点接收信标节点发送的数据包解析出每一个的RSSI值，结合信标节点的位置坐标计算出自身坐标值，并将结果发送至基站节点。基站节点接收一切数据包，并将其发送到XServe中转站。
    PC机上的XServe作为节点网络和操作者之间通信的主要通道，它提供多个通信端口用于输入信息，以便于网络间数据传送；操作者可以通过终端接口或XMLRPC命令接口与其进行通信；它可以解析、转换和处理节点传送的数据；在解析过程中，将原始格式的数据转换到相应的传感器读数测量单位；最后将转换后的数据显示于XSniffer界面中。PC机上的XSniffer可以显示出XServe传送的所有数据；能够让操作者监测到网络中的所有节点是否都在正常通信、数据包的序列号以及传送地址是否正确、以及路由的更新和时间同步消息。

    3．1 总体实验思路
        信标节点：负责发送包含自身位置的数据包到盲节点。盲节点：负责接收信标节点发来的数据包，提取出信标节点的坐标值，并从数据包中获得RSSI值，在此基础上计算出自身的坐标值，并将计算出的结果发送到基站节点。基站节点：负责接收所有能够听见的数据包，并将其转发到XServe，最后显示到XSniffer界面中，如图3所示。


   
        图3中，后5位数据是自行定义的，发送给2号节点的5位数据中，前3位是接收到的3个已知节点RSSI值，后两位是计算出的盲节点坐标值，为便于显示，最后两位数据分别扩大了10倍，实际值应当缩小10倍。发送给5号节点的数据是信标节点自身的坐标值。
    3．2 具体实现思路
    3．2．1 信标节点
        实验中采用3个信标节点，首先分别指定各节点的ID，以便能够从XSniffer界面中观察出每个节点发送的数据。信标节点在实验中起着关键的作用，只有保证信标节点与盲节点之间进行正常通信，才可以得到可信的盲节点位置坐标。具体实现思路如下：(1)定义一个缓存区，用于存储自身的坐标值。(2)设置一个定时器，计时发送出缓存区中的数据到盲节点，指定红色led灯亮，并通过XSniffer界面观察发送数据是否正确。(3)数据发送成功，指定绿色led灯亮。
    3．2．2 盲节点
        实验目的是测出盲节点的位置，因此盲节点是实验的目标节点。首先指定其ID，以便在XSniffer界面中读取数据。其次要保证能够正常接收并提取信标节点发送的数据，才可以得到可信的自身位置坐标。具体实现思路如下：(1)定义接收和发送两个缓存区及其对应的变量指针。(2)设置4个不同的计时器，第1个计时器时间到，通过变量指针将接收缓存区中的数据复制到发送缓存区中。第2和第3个计时器时间到，重复上述操作。第4个计时器时间到，利用发送缓存区中数据计算出盲节点坐标值。(3)将盲节点的坐标值发送到基站，并通过XServe到XSni ffer界面读取数据。
    3．2．3 基站节点
        基站节点用于接收信标节点和盲节点发送的数据，并将数据向上传送，使得实验者能够明确每个节点发送的数值。具体实现思路如下：(1)定义一个缓存区，用来存储接收到的数据。(2)利用接收函数接收可以听到的信号。(3)将接收到数据通过串口传送到XServe，通过XServe将数据显示到XSniffer界面中。
   
    4 实验结果及数据分析
        (1)两个信标节点放置在坐标轴上，另外一个随机放置。信标节点的坐标设为(0，2)，(4，0)，(6，6)，盲节点坐标如表1和表2所示。

    如表1所示，当信标节点置于坐标轴上时，数据误差较大，是因为室内坐标轴所选为墙壁，会发生信号反射现象，室外坐标轴所选为操场周围的栅栏，也会对无线信号的传输产生较大影响。从总体数据看，室内差值最大为2．16 m，最小为0．98 m；室外差值最大为1．56 m，最小为0．81 m。在室外定位中，距离越远误差则越大，其原因是室外无线信号干扰导致RSSI值衰减不稳定