摘 要： 在無線傳感器網絡中，確定傳感器節點的位置至關重要。通過對傳統的質心定位算法進行分析，考慮到接收信號強度直接影響到未知節點的定位精度，提出了一種基于RSSI的改進的質心定位算法。該算法將每個未知節點的通信區域劃分為6個部分，通過比較RSSI，找到對未知節點更為精確的估計區域，從而對未知節點作出更為精確的位置估計。仿真結果表明，相比于原始的質心定位算法，改進后的質心定位算法大大提高了無線傳感器網絡節點的定位精度。
關鍵詞： 質心定位算法；無線傳感器網絡；節點定位；RSSI
無線傳感器網絡是大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網絡，大量的傳感器節點將探測數據，通過匯聚節點經其他網絡發送給了用戶[1]。
節點定位技術是無線傳感器網絡的關鍵技術之一。沒有節點的位置信息，傳感器監測信息將沒有實際意義。無線傳感器網絡只有少數錨節點可以人工布置或者通過GPS定位系統獲得自身的位置信息，大部分普通節點則必須通過錨節點信息來進行定位。
無線傳感器網絡定位技術主要分為基于距離的定位算法（如RSSI、TOA/TDOA和AOA）和距離無關的定位算法（如質心、DV-Hop、APIT、Amorphous和凸規劃）。
質心算法可以快速、方便地定位節點的初始位置，而基于距離的定位算法RSSI[2]需要額外的器件來測量實際節點間的距離，會增加功耗，但與距離無關的定位算法相比較，其定位精度更高。將兩者結合勢必會取得較好的定位效果。通過分析現有的質心算法缺陷，結合RSSI，對質心算法進行改進，提出一種改進的質心定位算法。
1 質心定位算法
1.1 質心定位算法的基本思想
質心算法[4]是由南加州大學的Nirupama Bulusu等人提出的，在未知節點收到相鄰錨節點的位置信息后，取這些相鄰錨節點的質心作為該未知節點的估計位置。傳統的質心算法（Centroid Algorithm）是一種基于連通而無需距離信息的簡單定位算法。傳統的質心算法的基本原理如圖1所示。
在質心定位算法中，信標節點周期性地向鄰近節點廣播信標分組，信標分組中包含信標節點的標識號和位置信息。當未知節點接收到來自不同信標節點的信標分組數量超過某一個門限或接收一定時間后，就確定自身位置為這些信標節點所組成的多邊形的質心：
3 實驗及仿真結果
本文采用MATLAB 7.1作為仿真工具，對算法進行了仿真。仿真環境設置在1 000 m×1 000 m的正方形區域內，隨機生成300個網絡節點，錨節點占一定比例，錨節點的通信距離為200 m。對仿真結果數據取10次仿真的平均值。節點分布如圖5所示。
通過設置不同的錨節點比例得到相應不同的定位誤差，與原始的質心算法仿真結果對比，可以得出定位誤差對比圖，如圖8所示。
在通信距離為200 m時以錨節點占全部節點的比例來作為圖中的橫坐標，以未知節點的平均定位誤差作為縱坐標，作出原始質心算法和改進的質心算法的平均定位誤差圖。從圖8可以看出，隨著錨節點增加，未知節點的定位誤差相應減小，同時，與原始質心算法相比，改進的質心算法平均定位誤差減少了將近60%。
基于傳統的質心算法和RSSI思想，本文提出了一種基于RSSI的改進的質心定位算法。該算法首先通過RSSI大小確定未知節點周邊錨節點的遠近，找出最近的3個錨節點，采用3個錨節點確定的三邊的垂直平分線將未知節點的輻射范圍劃為6個區域；然后，根據RSSI確定未知節點所在的更小區域；最后，取該區域的質心作為未知節點的估計位置。仿真結果證明，此方法大大提高了定位精度。
參考文獻
[1] 孫利民，李建中，陳渝，等.無線傳感器網絡[M].北京：清華大學出版社，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.一種改進的無線傳感器網絡質心定位算法[J].計算機工程與科學，2012，34（2）：45-49.
[5] 于慧霞.WSN中基于RSSI的加權質心定位算法的改進[J].電子測試，2012，1（1）：28-34.
[6] 茍勝難.基于改進的RSSI無線傳感器網絡節點定位算法研究[J].計算機應用研究，2012，29（5）：1867-1869.