基于xml和lssvr的移动节点三维定位系统设计

基于xml和lssvr的移动节点三维定位系统设计

0基于分布式传感器网络的wsn节点定位无线传感器网络（wsd）是一个分布传感器网络。它由大量廉价微型传感器节点组成，通过无线通信形成一个完整的自动组织网络系统。在WSN节点定位系统设计方面，WoojinKim等人设计并初步实现了一个基于LSSVR和MIB600的声学WSN节点定位系统1远征跟踪和lssr定位原理1.1射频因子法在无线通信过程中，发送设备发射时的信号功率和接收设备接收信号时的信号功率存在如式（1）所示的关系。式中：P将式（1）等号两边进行取对数运算可得：由于节点的发射功率是已知的，将发射功率代入式（2），可得：式（3）等号左边10lgP式中，A为射频因子，通常取发送设备和接收设备相距1m时的无线信号的强度值作为其值。由式（4）可以看出，只要能够确定公式中的射频因子A和传播因子n，便可以确定P1.2lssvr移动节点定位原理在如图1所示的三维空间内，输入空间R基于移动未知节点的三维空间映射关系，可以构建移动未知节点的移动模型。假设三维空间探测区域Q=[0,D]×[0,D]×[0,D]内随机分布着M个具有相同无线射程的传感器节点{S假设未知节点T由于未知节点的运动方向是随机的，因此，未知节点的移动模型为：基于LSSVR的移动节点定位过程如下1）根据LSSVR的移动节点建模原理，在t2）在时刻t3）若满足LSSVR移动节点模型中的包含条件，那么可以采用t2移动节点三维网络系统的设计2.1实验环境设置本文搭建的移动节点三维定位实验平台的硬件组成如下：1）一台用于数据处理的计算机。计算机的处理器为IntelCore2)6个TI公司生产的CC2530无线传感器模块，其中包括协调器节点1个，锚节点4个，未知节点1个；3）一辆可以变速运动的遥控履带车。移动小车可以通过PS2遥控手柄进行遥控，通过遥控按键调节PWM占空比来实现小车速度控制。要定位的未知节点安装在该移动小车上，以模拟未知节点的移动。本文的移动节点三维定位实验环境选择室外大于10m×10m×10m的三维空旷环境，搭建的实验测试环境如图2所示。在定位过程中，移动小车上的未知节点在移动过程中以极短周期间隔向WSN网络广播带有信道时序序号和发射功率的数据包。锚节点接收网络中广播的数据包，将自身的坐标与RSSI的值分时发送给协调器节点。协调器节点接收到数据信息后通过串口通信上传给数据处理终端，终端根据锚节点发送的数据进行LSSVR快速建模定位。2.2维定位软件c#.企业网络定位WSN移动节点三维定位系统采用Z-Stack-CC2530-2.5.1a协议栈进行组网，开发环境为IAR8.10。移动节点三维定位软件采用C#.NET与Matlab联合开发，在VisualStudio2017和MatlabR2017b的编程环境下实现，将RSSI测距算法和LSSVR节点定位算法编译成C#语言可调用的算法动态链接库，即dll文件。同时，基于Javascript的商业级图表库Echarts，建立10m×10m×10m的三维笛卡尔坐标系，用于移动节点定位的坐标实时显示。2.2.1节点监测终端节点的功能主要负责向网络中广播自身数据包，与自己通信范围一跳以内的路由器节点通信，使路由器节点接收终端节点发射的无线数据，并获取两节点间的RSSI值。终端节点功能的软件实现流程如图3所示。2.2.2依据二通道的网络互通，确定并实现了以大范围节点为目标的功能路由器节点的功能主要是负责接收终端节点的广播信息，并将自身坐标与RSSI值打包发送给协调器节点。路由器节点加入到网络后，可以利用路由器节点以多跳的方式发送数据，确保数据传输的稳定性。在大范围节点定位中也有负责建立网络拓扑结构的功能。路由器节点功能的软件实现流程如图4所示。首先，进行设备初始化，然后申请加入网络。加入成功后，协调器为其分配一个网络地址，然后等待接收数据。当接收到定位请求时，向未知节点发送RSSI和自身位置，发送完成后继续等待接收数据。当接收到传感器数据时，则转发给协调器节点，然后继续等待接收数据。2.2.3节点功能软件设计协调器节点是WSN自组网定位的重要组成部分，负责组建WSN、管理网路中的各个节点、接收路由器节点的数据并通过串口传送数据到三维定位系统软件平台。协调器节点功能软件的实现流程如图5所示。协调器首先进行设备的初始化，期间包括通过信道扫描选择合适的信道，设定PANID，选择网络地址和设定网络参数。网络建立后，各节点向协调器节点发送请求入网的信号。如果协调器节点所监测的信息完全符合入网的要求，则由协调器节点为各节点发送网络地址，完成协调器节点和各节点的通信功能。3移动节点的三维定位实验和结果分析3.1移动节点定位实验WSN移动节点三维定位的实验步骤如下：1）按照节点类别分别将编译好的程序下载到各个WSN节点中；2）将4个锚节点依次按照坐标（0,0,0),(10,0,0),(0,10,0),(0,0,10）位置放置，坐标单位为m;3）打开路由器节点、协调器节点、未知节点和锚节点电源，进行WSN自组网；4）将移动未知节点放置于定位监测环境中，起始坐标为（5,0,0）点，实验员通过控制移动小车，使未知节点分别以20cm/s和40cm/s的速度做匀速直线运动，移动小车的终点坐标为（5,10,0）点；5）打开定位系统软件，设置相应的参数，系统的定位时间间隔为1000ms，通过串口接收数据并进行未知节点的定位，依次获取移动未知节点的位置坐标。定位实验流程如图6所示。在对移动节点定位实验过程中，主要包括以下三个过程：1）网络初始化阶段。进行网络组建和网络地址分配，对网络中的每个节点进行初始化；2）定位阶段。锚节点接收网络数据，通过分时通信机制将RSSI值和锚节点自身位置发送给协调器节点并上传给定位软件，定位软件确定接收到4个锚节点的数据后进行建模定位；3）显示阶段。将定位坐标结果进行显示。3.2节点以40cm/s的速度移动时的定位误差通过WSN移动节点三维定位系统对不同速度下的移动未知节点定位，得到的定位结果如图7和图8所示。其中，图7a）为移动未知节点以20cm/s的速度移动时的定位效果，图7b）为相应的移动节点定位误差，图8a）为移动未知节点以40cm/s的速度移动时的定位效果，图8b）为相应的移动节点定位误差。由图7a）和8a）也可以看出，研制的定位显示界面能够准确实时地显示节点的实际坐标和位置。同时，由图7b）可知，采用研制的WSN节点三维定位系统对20cm/s速度的移动未知节点进行定位的最小定位误差为10.09%，最大定位误差为18.51%，平均定位误差为14.62%。而由图8b）可知，采用研制的WSN移动节点三维定位系统对40cm/s速度的移动未知节点进行定位的最小定位误差为10.97%，最大定位误差为19.64%，平均定位误差为15.55%。实验结果表明，研制的WSN移动节点三维定位系统可在真实环境下对匀速直线运动的节点进行定位，定位实时性较好，定位精度较高。4室外空间场本文对真实环境下WSN