高銘悅，邱慧麗

在無線傳感網絡（WSN）中傳感節(jié)點地理位置定位監(jiān)測非常重要，地理定位技術可以實現目標跟蹤、軌跡檢測、路徑選擇、拓撲網管和事件通告等，如城市酒店火災監(jiān)控、石油泄露監(jiān)控、人員定位管理等［1］.因此，高精度的節(jié)點定位技術是系統實現的重要環(huán)節(jié)之一.

無線高速傳輸Wifi技術具有安全性高、傳輸距離長、能耗低和定位精準等優(yōu)點，適于用無線傳感網的距離測定和節(jié)點定位，并實際應用到物聯網的各個行業(yè)中［2］.然而，基于TOA的定位技術在實際項目中會出現多路徑選擇困難［3］.本文使用模糊邏輯控制技術，并利用信號首次直達路徑時間（first direct path time）與信號最強到達路徑時間（strongest path time）的加權時間計算出了直達信號的到達時間，實現了Wifi技術在WSN多路徑網絡的節(jié)點精確定位功能.

1　單路徑（TOA）的距離測量

WSN網絡的單條路徑距離測量方法可以利用TOA（Time Of Arrive，到達時間）的測距估計d^根均方差：

c是無線電的光速傳播速度，Lgrn是通信信號與干擾信號的比例，α是信號在信道傳輸的過程中的有效帶寬值［4］.

通過對輸出信號的數模轉換得到 f(x)，通信信號與干擾信號的比例Lgrn與估計根的方差成反比關系.TOA定位方法是利用接收信號到達時間的直接路徑來測量通信收發(fā)節(jié)點間的距離，因此，直接路徑信號到達時間的準確估計至關重要.一般而言，通過檢測接收到的信號振幅來確定最大的直接信號到達時間，但這種方法在多種路徑選擇條件下無法滿足測量的高精度要求［5］.多路徑選擇的WSN網絡下Wifi接收信號如圖1所示.

圖1　多路徑選擇的WSN網絡下Wifi接收信號

利用極大似然估計法檢測直接路徑信號到達時間，計算傳感器節(jié)點之間的距離可能引起信號波形畸變，具有一定的測量難度［6］.根據Wifi直接信號難以準確地檢測的特性，本文提出基于首次到達時間信號和最強信號時間，利用加權系數計算出直接信號到達時間，采用模糊邏輯技術進行加權系數選擇［7］.

2　基于模糊邏輯的加權系數選取技術

設Wifi信號在T0時刻被發(fā)送，在接收端節(jié)點接收到的首次到達信號和幅度最強信號的到達時刻分別為T1和T2，而直達信號到達時刻通過式（3）計算：

信號輸出位置與信號接收位置的路徑距離可以表示為R：

設第一次信號接收的幅值為E1，最強信號接收的幅值為E2，基于模糊邏輯的信號傳送值分別為E3和T3，a為加權系數，則E3=E1/E2，T3=(T1-T0)/(T2-T0).E3、T3和a分別設置了高、中和低，基于E3和T3的加權系數a選取規(guī)則如表1所示［8-10］.

表1　a值選取規(guī)則

3　系統精度測試

基于WSN的多路徑網絡環(huán)境在定位技術的引導下，采用Wifi技術進行接收信號的精度測試，其中E3，T3和a的隸屬函數如圖2所示.

圖2　隸屬函數

首次信號輸出的時間節(jié)點為T0=0，信號首次接收時間節(jié)點為T1，信號最強接收時間節(jié)點為T2.首次信號輸出值為E1，信號最強接收值為 E2.利用公式（1）（2）計算出模糊邏輯信號值E3和T3，根據E3和T3的隸屬函數a帶入公式（3）計算出直達信號T進而結合公式（4）計算出輸入信號和輸出信號直接的直線距離R.

取三個位置參考節(jié)點坐標為（1，1）（20，1）和（20，20），信號輸出節(jié)點到參考節(jié)點的距離為7.35、3.64、8.38，利用三邊測距技術計算出信號接收節(jié)點的位置如表2.

表2　節(jié)點定位結果

從表2可以看出與實際位置比較，基于Wifi技術的定位誤差為0.5324，遠小于首次信號輸出和最強信號輸出的誤差值.測試結果表明基于Wifi的距離測試定位技術大大提高了WSN網絡的節(jié)點定位精度.

4　結語

本文利用信號首次直達路徑時間與信號最強到達路徑時間的加權時間計算出了直達信號的到達時間，采用邏輯模糊技術和信號最強幅值計算出了加權系數，提出了Wifi技術的到達時間（Time Of Arrive，TOA）的距離測試方法.精度測試結果表明，該方法實現了Wifi技術在WSN多路徑網絡的節(jié)點精確定位功能.

參考文獻：

［1］盧東亮，俞慶生.CSS定位技術的研究與應用［J］.無線互聯科技，2014（8）：22-25.

［2］喬海曄.基于CSS技術的安防定位系統的設計［J］.計算機與數字工程，2015（7）：38-40.

［3］張玉梅，康曉霞.救援隊員室內定位技術分析［J］.消防科學與技術，2016（6）：1-3.

［4］劉川來，郭藍天，秦浩華.一種改進的ZigBee無線傳感器網絡定位算法及應用［J］.化工自動化及儀表，2014（2）：114-115.

［5］黨小超，李小艷.無線傳感網節(jié)點定位加權校正模型［J］.計算機應用，2013（2）：12-13.

［6］林景棟.基于無線網絡節(jié)點相似度的室內定位算法［J］.控制工程，2015（1）：34-35.

［7］楊清玉，于寧，王霄，等.無線傳感器網絡線性調頻擴頻測距方法研究［J］.傳感技術學報，2016（12）：128-135.

［8］歐漢杰.基于Chirp擴頻技術的室內定位技術研究［J］.大眾科技，2014（5）：45-47.

［9］董延華，畢娜，王春曉.基于802.1x協議的校園網安全認證設計與實現［J］.吉林師范大學學報，2016（1）.

［10］潘浩，舒服華.基于改進布谷鳥算法的無線傳感網絡覆蓋多目標優(yōu)化［J］.吉林師范大學學報，2017（2）.