摘  要： 在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，確定傳感器節(jié)點(diǎn)的位置至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的質(zhì)心定位算法進(jìn)行分析，考慮到接收信號(hào)強(qiáng)度直接影響到未知節(jié)點(diǎn)的定位精度，提出了一種基于RSSI的改進(jìn)的質(zhì)心定位算法。該算法將每個(gè)未知節(jié)點(diǎn)的通信區(qū)域劃分為6個(gè)部分，通過(guò)比較RSSI，找到對(duì)未知節(jié)點(diǎn)更為精確的估計(jì)區(qū)域，從而對(duì)未知節(jié)點(diǎn)作出更為精確的位置估計(jì)。仿真結(jié)果表明，相比于原始的質(zhì)心定位算法，改進(jìn)后的質(zhì)心定位算法大大提高了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的定位精度。
關(guān)鍵詞： 質(zhì)心定位算法；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點(diǎn)定位；RSSI

　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是大量的靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，大量的傳感器節(jié)點(diǎn)將探測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)經(jīng)其他網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給了用戶(hù)[1]。
　節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。沒(méi)有節(jié)點(diǎn)的位置信息，傳感器監(jiān)測(cè)信息將沒(méi)有實(shí)際意義。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)只有少數(shù)錨節(jié)點(diǎn)可以人工布置或者通過(guò)GPS定位系統(tǒng)獲得自身的位置信息，大部分普通節(jié)點(diǎn)則必須通過(guò)錨節(jié)點(diǎn)信息來(lái)進(jìn)行定位。
　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)主要分為基于距離的定位算法（如RSSI、TOA/TDOA和AOA）和距離無(wú)關(guān)的定位算法（如質(zhì)心、DV-Hop、APIT、Amorphous和凸規(guī)劃）。
　質(zhì)心算法可以快速、方便地定位節(jié)點(diǎn)的初始位置，而基于距離的定位算法RSSI[2]需要額外的器件來(lái)測(cè)量實(shí)際節(jié)點(diǎn)間的距離，會(huì)增加功耗，但與距離無(wú)關(guān)的定位算法相比較，其定位精度更高。將兩者結(jié)合勢(shì)必會(huì)取得較好的定位效果。通過(guò)分析現(xiàn)有的質(zhì)心算法缺陷，結(jié)合RSSI，對(duì)質(zhì)心算法進(jìn)行改進(jìn)，提出一種改進(jìn)的質(zhì)心定位算法。
1 質(zhì)心定位算法
1.1 質(zhì)心定位算法的基本思想
　質(zhì)心算法[4]是由南加州大學(xué)的Nirupama Bulusu等人提出的，在未知節(jié)點(diǎn)收到相鄰錨節(jié)點(diǎn)的位置信息后，取這些相鄰錨節(jié)點(diǎn)的質(zhì)心作為該未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置。傳統(tǒng)的質(zhì)心算法（Centroid Algorithm）是一種基于連通而無(wú)需距離信息的簡(jiǎn)單定位算法。傳統(tǒng)的質(zhì)心算法的基本原理如圖1所示。
在質(zhì)心定位算法中，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)周期性地向鄰近節(jié)點(diǎn)廣播信標(biāo)分組，信標(biāo)分組中包含信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)號(hào)和位置信息。當(dāng)未知節(jié)點(diǎn)接收到來(lái)自不同信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)分組數(shù)量超過(guò)某一個(gè)門(mén)限或接收一定時(shí)間后，就確定自身位置為這些信標(biāo)節(jié)點(diǎn)所組成的多邊形的質(zhì)心：

　

3 實(shí)驗(yàn)及仿真結(jié)果
　本文采用MATLAB 7.1作為仿真工具，對(duì)算法進(jìn)行了仿真。仿真環(huán)境設(shè)置在1 000 m×1 000 m的正方形區(qū)域內(nèi)，隨機(jī)生成300個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，錨節(jié)點(diǎn)占一定比例，錨節(jié)點(diǎn)的通信距離為200 m。對(duì)仿真結(jié)果數(shù)據(jù)取10次仿真的平均值。節(jié)點(diǎn)分布如圖5所示。

　通過(guò)設(shè)置不同的錨節(jié)點(diǎn)比例得到相應(yīng)不同的定位誤差，與原始的質(zhì)心算法仿真結(jié)果對(duì)比，可以得出定位誤差對(duì)比圖，如圖8所示。

　在通信距離為200 m時(shí)以錨節(jié)點(diǎn)占全部節(jié)點(diǎn)的比例來(lái)作為圖中的橫坐標(biāo)，以未知節(jié)點(diǎn)的平均定位誤差作為縱坐標(biāo)，作出原始質(zhì)心算法和改進(jìn)的質(zhì)心算法的平均定位誤差圖。從圖8可以看出，隨著錨節(jié)點(diǎn)增加，未知節(jié)點(diǎn)的定位誤差相應(yīng)減小，同時(shí)，與原始質(zhì)心算法相比，改進(jìn)的質(zhì)心算法平均定位誤差減少了將近60%。
基于傳統(tǒng)的質(zhì)心算法和RSSI思想，本文提出了一種基于RSSI的改進(jìn)的質(zhì)心定位算法。該算法首先通過(guò)RSSI大小確定未知節(jié)點(diǎn)周邊錨節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)近，找出最近的3個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，采用3個(gè)錨節(jié)點(diǎn)確定的三邊的垂直平分線將未知節(jié)點(diǎn)的輻射范圍劃為6個(gè)區(qū)域；然后，根據(jù)RSSI確定未知節(jié)點(diǎn)所在的更小區(qū)域；最后，取該區(qū)域的質(zhì)心作為未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置。仿真結(jié)果證明，此方法大大提高了定位精度。
參考文獻(xiàn)
[1] 孫利民，李建中，陳渝，等.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.
[2] HEURTEFEUX K， VALOIS F. Is RSSI a good choice for localization[C]. 26th IEEE International Conference on Advanced Information Networking and Applications in Wireless Sensor Network， France， 2012.
[3] BULUSU N， HEIDEMANN J， ESTRIN D. GPS-less low-cost outdoor localization for very small devices[J]. Personal Communications， IEEE，2000，7（5） ： 28-34.
[4] 胡詠梅，張歡.一種改進(jìn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)質(zhì)心定位算法[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2012，34（2）：45-49.
[5] 于慧霞.WSN中基于RSSI的加權(quán)質(zhì)心定位算法的改進(jìn)[J].電子測(cè)試，2012，1（1）：28-34.
[6] 茍勝難.基于改進(jìn)的RSSI無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位算法研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2012，29（5）：1867-1869.