摘要 RSSI定位算法是無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點定位中一種常用的定位算法，文中以Crossbow公司提供的iris節(jié)點及MIB520接口板為硬件平臺，以TrinyOS操作系統(tǒng)支持的NesC語言為軟件操作平臺，設計了RSSI定位系統(tǒng)。分別在室內和室外兩種環(huán)境下對其進行實驗驗證，證明了系統(tǒng)的有效性。
關鍵詞 無線傳感網(wǎng)絡；TrinyOS操作系統(tǒng)；NesC語言；RSSI定位算法

WSN(Wireless Sensor Network)定位技術應用廣泛，除可以反應出事發(fā)地點外，還可跟蹤目標、實時監(jiān)測目標的行動狀態(tài)、預測目標的行動軌跡等。目前的定位算法可分為兩類：基于測距的定位算法和無需測距的定位算法。由于基于測距的定位是采用實際測得節(jié)點間的距離或者角度，因此定位精度較高，對硬件也提出了一定的要求，在定位過程中相對消耗的能量較多。無需測距的定位算法不需要實際測量距離或角度信息，對節(jié)點不存在特殊要求，定位過程中無需考慮能量消耗問題，但定位精度及其節(jié)點覆蓋率卻有待提高。在基于測距的定位算法中，RSSI(ReceivedSignal Strength Indicator)定位算法相對而言通信開銷較小，對硬件要求較低，是一種較為實用的定位算法。文中在TinyOS軟件平臺下，利用Crossbow公司提供的硬件設施對RSSI定位系統(tǒng)進行了實驗驗證，并結合實際情況對所得數(shù)據(jù)進行了分析。

1 TinyOS操作系統(tǒng)及硬件平臺
1．1 TinyOS
TinyOS是UC Berkeley開發(fā)的一種用于無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點的開源操作系統(tǒng)，以其組件化的編程、事件驅動的執(zhí)行模式、微型的內核以及良好的移植性等特點作為目前WSN系統(tǒng)上的主流操作系統(tǒng)。TinyOS操作系統(tǒng)沒有進程或線程管理，沒有虛擬內存管理，沒有過于復雜的IO子系統(tǒng)及地址空間分配，這對于存儲資源有限的系統(tǒng)尤為重要。
1．2 NesC語言
加州大學伯克利分校在C語言的基礎上開發(fā)出一種適用于無線傳感網(wǎng)絡編程的NesC(C Language for Network Embedded Systems)語言，TinyOS操作系統(tǒng)和其上運行的應用程序用NesC語言開發(fā)。NesC是在C語言上做了一定的擴展，提出了組件化的編程思想，把組件化／模塊化思想和基于事件驅動的模型結合在了一起。其主要用處是幫助應用程序設計者建立易于組合成完整、并發(fā)式系統(tǒng)的組件，并能夠在編譯時執(zhí)行廣泛檢查。
1．3 iris硬件特性
iris節(jié)點工作頻率為2．4 GHz，支持IEEE802．15．4協(xié)議的Mote模塊，用于低功耗無線傳感網(wǎng)絡。它具有3倍的作用距離，雙倍的存儲空間；在戶外測試不加放大器的情況下，節(jié)點間視距離可達500 m；使用直接序列擴頻技術，抗RF干擾、數(shù)據(jù)隱蔽性較好；基于IEEE80 2． 15．4／ZigBee協(xié)議的RF發(fā)送器，工作頻率2．4～2．483 5 GHz，兼容ISM波段。

2 RSSI定位算法
2．1 RSSI測距
節(jié)點間發(fā)送的信號在傳播過程中都會有衰減，RSSI無線傳感網(wǎng)絡定位算法的核心是根據(jù)節(jié)點間發(fā)送信號的衰減計算出節(jié)點之間的距離，然后依據(jù)節(jié)點之間的距離計算出盲節(jié)點的位置坐標。無線信號的發(fā)射功率與接收功率之間的關系如式(1)所示，其中PR是無線信號的接收功率，PT是無線信號的發(fā)射功率，d為收發(fā)節(jié)點之間的距離；n為傳播因子，其值大小取決于無線信號傳播的環(huán)境

式中10lgPR是接收信號功率轉換為dBm的表達式，即RSSI值，其中A為信號傳輸1 m時，接收信號的功率值。所以可得到盲節(jié)點與信標節(jié)點之間的距離為

2．2 三邊測量法定位
三邊測量法是無線傳感器網(wǎng)絡定位算法中較為最典型的一種。在盲節(jié)點通過基于RSSI的測距方法獲取到3個或以上信標節(jié)點的距離后，就可利用三邊測量法進行自身定位。如圖1所示，已知3個信標節(jié)點A、B、C的坐標(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)。假設盲節(jié)點的坐標為(x，y)，根據(jù)盲節(jié)點接收到的RSSI值，得盲節(jié)點到A，B，C的距離分別為d1、d2、d3。

則根據(jù)三邊測量法原理，有式(4)成立

由式(4)可以求得盲節(jié)點的坐標如式(5)所示


3 RSSI定位算法在操作平臺上的實現(xiàn)
在此環(huán)節(jié)中，主要用NesC語言在TinyOS環(huán)境下將RSSI定位算法具體實現(xiàn)，編譯成功后將NesC程序分別燒寫到對應的硬件節(jié)點中進行實驗。其實驗結構如圖2所示，信標節(jié)點發(fā)送包含自身坐標的數(shù)據(jù)包到盲節(jié)點及基站節(jié)點。盲節(jié)點接收信標節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包解析出每一個的RSSI值，結合信標節(jié)點的位置坐標計算出自身坐標值，并將結果發(fā)送至基站節(jié)點?；竟?jié)點接收一切數(shù)據(jù)包，并將其發(fā)送到XServe中轉站。
PC機上的XServe作為節(jié)點網(wǎng)絡和操作者之間通信的主要通道，它提供多個通信端口用于輸入信息，以便于網(wǎng)絡間數(shù)據(jù)傳送；操作者可以通過終端接口或XMLRPC命令接口與其進行通信；它可以解析、轉換和處理節(jié)點傳送的數(shù)據(jù)；在解析過程中，將原始格式的數(shù)據(jù)轉換到相應的傳感器讀數(shù)測量單位；最后將轉換后的數(shù)據(jù)顯示于XSniffer界面中。PC機上的XSniffer可以顯示出XServe傳送的所有數(shù)據(jù)；能夠讓操作者監(jiān)測到網(wǎng)絡中的所有節(jié)點是否都在正常通信、數(shù)據(jù)包的序列號以及傳送地址是否正確、以及路由的更新和時間同步消息。