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摘要：无线传感器网络（Wireless Sensor Networks， WSNs）是在因特网普及之后，将对人类的生活方式产生重大影响的IT技术之一。本文分析射频定位系统功能及其原理，同时针对其存在的缺点使用相应的数学方法进行了快速定位实现。试验证明方法可行。
关键词：WSNs；定位算法；快速定位
1 引言
人们可以通过无线传感器网络来直接地感知客观世界，作为对现有因特网的一种扩展并极大提高了人类认知世界的能力。如果说因特网构成了思维逻辑上的信息世界，改变了人们之间的沟通方式，那么，无线传感器网络便是将思维逻辑上的信息世界与客观存在的物理世界融合为一体，来改变人类与自然界的交互方式。射频定位具有他的相应的有点但是也存在很大问题。本文分析射频定位系统功能及其原理，同时针对其存在的缺点使用相应的数学方法进行了快速定位实现。试验证明方法可行。
2.射频定位系统功能及其原理
本文定位算法是将RSSI测距方法与三角形质心算法相结合的新型算法。下面是本定位系统的基本原理：RSSI即为接收的信号强度指示，是对当前信道中接收信号功率电平的评估值，射频芯片在 RX 模式下，RSSI 值能连续地从 芯片中RSSI 状态寄存器中读取。无线信号传输中普遍采用的理论模型为渐变模型（Shadowing Model）。
式中，p（d）表示距离发射机为d时接收端接收到的信号强度，即RSSI值；p（d0）表示距离发射机为d0时接收端接收到的信号功率；d0为参考距 离；n是路径损耗（Pass Loss）指数，通常是由实际测量得到，障碍物越多，n值越大，从而接收到的平均能量下降的速度会随着距离的增加而变得越来越快：X是一个以dBm为单位，平均值为0的高斯随机变量，反映了当距离一定时，接收到的能量的变化。实际应用中一般采用简化的渐变模型
为便于表达和计算，通常取d0为1 m。于是可得
把[p（d）dBm写成RSSI_dBm的形式得到
其中，A为无线收发节点相距1 m时接收节点接收到的无线信号强度RSSI值。式（4）就是RSSI测距的经典模型，给出了RSSI和d的函数关系，所以已知接收机接收到的RSSI值就可以算出它和发射机之间的距离。A和n都是经验值，和具体使用的硬件节点和无线信号传播的环境密切相关，因此在不同的实际环境下A和n参数不同，其测距模型不同。由于一个基站和一个节点所测出来的距离对应的是一个环，所以要想得到未知节点的具体位置，需要多个基站定位，计算出区域交集，针对这样的情况，本文采用的是基于RSSI的三角形质心定位算法。
3.快速定位计算的方法介绍
由于一个基站接收到的信号强度只能算出射频卡与之的相对距离，换言之，就是一个圆环，不能定位出射频卡在平面中的具体坐标；如果采用两个基站来定位一个射频卡，那么射频卡所在的位置就应该是两个基站定位圆环的交点，如果出现两个交点就无法判断出射频卡究竟在哪一个点上；所以本系统采用三个基站定位。整个系统算法的关键就分为两个部分，一、计算两个圆的交点，根据第三个基站选出一个正确的交点；二、综合三个基站，计算平面坐标。假如基站A和基站B计算出来的相对位置分别为R1和R2的两个圆环，两圆环相交如图1。
图1两圆相交
计算交点E、F坐标具体计算步骤如下：
1、计算两个圆心之间的距离L2、如果 L > R1 +R2无交点3、如果 L = R1 +R2则一个交点，用圆心的坐标可以计算出具体点 4、如果 L < R1 +R2则两个交点，假定两个交点的连线和圆心连线的交点是D，D到第一个圆心的距离是d， 则
5、由于△ABJ与△DBI相似，△DFH与△DBI相似， △DFH与△DEG全等，根据三角形相似原理和三角形全等性质可以求出交点E和F坐标。6、选取交点 ： 通过上面的公式，可以知道E点和F点的坐标，但是还不能确定究竟哪一点才是射频卡真正的焦点。在这里利用第三个基站，采用了一个很简单的比较算法，就可以得知射频卡的坐标。令第三个基站C的坐标为（X，Y），E点的坐标为（X1，Y1），F点的坐标为（X2，Y2）。基站C和E点距离为dis_C_E，基站C和F点的距离为dis_C_F。
令第三个基站与射频卡的相对距离为R3，Lce为基站C和E点距离的平方与R3的平方之间的差，Lcf为基站C和F点距离的平方与R3的平方之间的差。
比较Lce和Lcf绝对值之差，差值较小的那个就是射频卡的正确位置，将这个正确的位置放入第一个交点坐标数组中。具体程序实现如图4-10有交点返回0，没有交点返回1。这套算法不必解二元二次的方程组，直观简单 。
4.总结
通过本文是方法我是使用TI的CC1101单片的UHF作为收发器，使用主控芯片MSP430F149、rs485模块、rs232串口电路作为硬件。验证了本方法的可行性。
参考文献
[1]陈红阳，基于测距技术的无线传感器网络定位技术研究，硕士论文，西安交通大学，2006.
[2]孟祥忠，宋保业.无线传感器网络HWC定位算法[J].计算机工程， 2009
[3]胡荣春.无线传感器网络中的节点定位方法研究[D].合肥：中国科技大学，2007.
[4]陈红阳，基于测距技术的无线传感器网络定位技术研究，硕士论文，西安交通大学，2006.
关键词：WSNs；定位算法；快速定位
1 引言
人们可以通过无线传感器网络来直接地感知客观世界，作为对现有因特网的一种扩展并极大提高了人类认知世界的能力。如果说因特网构成了思维逻辑上的信息世界，改变了人们之间的沟通方式，那么，无线传感器网络便是将思维逻辑上的信息世界与客观存在的物理世界融合为一体，来改变人类与自然界的交互方式。射频定位具有他的相应的有点但是也存在很大问题。本文分析射频定位系统功能及其原理，同时针对其存在的缺点使用相应的数学方法进行了快速定位实现。试验证明方法可行。
2.射频定位系统功能及其原理
本文定位算法是将RSSI测距方法与三角形质心算法相结合的新型算法。下面是本定位系统的基本原理：RSSI即为接收的信号强度指示，是对当前信道中接收信号功率电平的评估值，射频芯片在 RX 模式下，RSSI 值能连续地从 芯片中RSSI 状态寄存器中读取。无线信号传输中普遍采用的理论模型为渐变模型（Shadowing Model）。
式中，p（d）表示距离发射机为d时接收端接收到的信号强度，即RSSI值；p（d0）表示距离发射机为d0时接收端接收到的信号功率；d0为参考距 离；n是路径损耗（Pass Loss）指数，通常是由实际测量得到，障碍物越多，n值越大，从而接收到的平均能量下降的速度会随着距离的增加而变得越来越快：X是一个以dBm为单位，平均值为0的高斯随机变量，反映了当距离一定时，接收到的能量的变化。实际应用中一般采用简化的渐变模型
为便于表达和计算，通常取d0为1 m。于是可得
把[p（d）dBm写成RSSI_dBm的形式得到
其中，A为无线收发节点相距1 m时接收节点接收到的无线信号强度RSSI值。式（4）就是RSSI测距的经典模型，给出了RSSI和d的函数关系，所以已知接收机接收到的RSSI值就可以算出它和发射机之间的距离。A和n都是经验值，和具体使用的硬件节点和无线信号传播的环境密切相关，因此在不同的实际环境下A和n参数不同，其测距模型不同。由于一个基站和一个节点所测出来的距离对应的是一个环，所以要想得到未知节点的具体位置，需要多个基站定位，计算出区域交集，针对这样的情况，本文采用的是基于RSSI的三角形质心定位算法。
3.快速定位计算的方法介绍
由于一个基站接收到的信号强度只能算出射频卡与之的相对距离，换言之，就是一个圆环，不能定位出射频卡在平面中的具体坐标；如果采用两个基站来定位一个射频卡，那么射频卡所在的位置就应该是两个基站定位圆环的交点，如果出现两个交点就无法判断出射频卡究竟在哪一个点上；所以本系统采用三个基站定位。整个系统算法的关键就分为两个部分，一、计算两个圆的交点，根据第三个基站选出一个正确的交点；二、综合三个基站，计算平面坐标。假如基站A和基站B计算出来的相对位置分别为R1和R2的两个圆环，两圆环相交如图1。
图1两圆相交
计算交点E、F坐标具体计算步骤如下：
1、计算两个圆心之间的距离L2、如果 L > R1 +R2无交点3、如果 L = R1 +R2则一个交点，用圆心的坐标可以计算出具体点 4、如果 L < R1 +R2则两个交点，假定两个交点的连线和圆心连线的交点是D，D到第一个圆心的距离是d， 则
5、由于△ABJ与△DBI相似，△DFH与△DBI相似， △DFH与△DEG全等，根据三角形相似原理和三角形全等性质可以求出交点E和F坐标。6、选取交点 ： 通过上面的公式，可以知道E点和F点的坐标，但是还不能确定究竟哪一点才是射频卡真正的焦点。在这里利用第三个基站，采用了一个很简单的比较算法，就可以得知射频卡的坐标。令第三个基站C的坐标为（X，Y），E点的坐标为（X1，Y1），F点的坐标为（X2，Y2）。基站C和E点距离为dis_C_E，基站C和F点的距离为dis_C_F。
令第三个基站与射频卡的相对距离为R3，Lce为基站C和E点距离的平方与R3的平方之间的差，Lcf为基站C和F点距离的平方与R3的平方之间的差。
比较Lce和Lcf绝对值之差，差值较小的那个就是射频卡的正确位置，将这个正确的位置放入第一个交点坐标数组中。具体程序实现如图4-10有交点返回0，没有交点返回1。这套算法不必解二元二次的方程组，直观简单 。
4.总结
通过本文是方法我是使用TI的CC1101单片的UHF作为收发器，使用主控芯片MSP430F149、rs485模块、rs232串口电路作为硬件。验证了本方法的可行性。
参考文献
[1]陈红阳，基于测距技术的无线传感器网络定位技术研究，硕士论文，西安交通大学，2006.
[2]孟祥忠，宋保业.无线传感器网络HWC定位算法[J].计算机工程， 2009
[3]胡荣春.无线传感器网络中的节点定位方法研究[D].合肥：中国科技大学，2007.
[4]陈红阳，基于测距技术的无线传感器网络定位技术研究，硕士论文，西安交通大学，2006.