基于xml和lssvr的移動節點三維定位系統設計

0基于分布式傳感器網絡的wsn節點定位無線傳感器網絡（wsd）是一個分布傳感器網絡。它由大量廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信形成一個完整的自動組織網絡系統。在WSN節點定位系統設計方面，WoojinKim等人設計并初步實現了一個基于LSSVR和MIB600的聲學WSN節點定位系統1遠征跟蹤和lssr定位原理1.1射頻因子法在無線通信過程中，發送設備發射時的信號功率和接收設備接收信號時的信號功率存在如式（1）所示的關系。式中：P將式（1）等號兩邊進行取對數運算可得：由于節點的發射功率是已知的，將發射功率代入式（2），可得：式（3）等號左邊10lgP式中，A為射頻因子，通常取發送設備和接收設備相距1m時的無線信號的強度值作為其值。由式（4）可以看出，只要能夠確定公式中的射頻因子A和傳播因子n，便可以確定P1.2lssvr移動節點定位原理在如圖1所示的三維空間內，輸入空間R基于移動未知節點的三維空間映射關系，可以構建移動未知節點的移動模型。假設三維空間探測區域Q=[0,D]×[0,D]×[0,D]內隨機分布著M個具有相同無線射程的傳感器節點{S假設未知節點T由于未知節點的運動方向是隨機的，因此，未知節點的移動模型為：基于LSSVR的移動節點定位過程如下1）根據LSSVR的移動節點建模原理，在t2）在時刻t3）若滿足LSSVR移動節點模型中的包含條件，那么可以采用t2移動節點三維網絡系統的設計2.1實驗環境設置本文搭建的移動節點三維定位實驗平臺的硬件組成如下：1）一臺用于數據處理的計算機。計算機的處理器為IntelCore2)6個TI公司生產的CC2530無線傳感器模塊，其中包括協調器節點1個，錨節點4個，未知節點1個；3）一輛可以變速運動的遙控履帶車。移動小車可以通過PS2遙控手柄進行遙控，通過遙控按鍵調節PWM占空比來實現小車速度控制。要定位的未知節點安裝在該移動小車上，以模擬未知節點的移動。本文的移動節點三維定位實驗環境選擇室外大于10m×10m×10m的三維空曠環境，搭建的實驗測試環境如圖2所示。在定位過程中，移動小車上的未知節點在移動過程中以極短周期間隔向WSN網絡廣播帶有信道時序序號和發射功率的數據包。錨節點接收網絡中廣播的數據包，將自身的坐標與RSSI的值分時發送給協調器節點。協調器節點接收到數據信息后通過串口通信上傳給數據處理終端，終端根據錨節點發送的數據進行LSSVR快速建模定位。2.2維定位軟件c#.企業網絡定位WSN移動節點三維定位系統采用Z-Stack-CC2530-2.5.1a協議棧進行組網，開發環境為IAR8.10。移動節點三維定位軟件采用C#.NET與Matlab聯合開發，在VisualStudio2017和MatlabR2017b的編程環境下實現，將RSSI測距算法和LSSVR節點定位算法編譯成C#語言可調用的算法動態鏈接庫，即dll文件。同時，基于Javascript的商業級圖表庫Echarts，建立10m×10m×10m的三維笛卡爾坐標系，用于移動節點定位的坐標實時顯示。2.2.1節點監測終端節點的功能主要負責向網絡中廣播自身數據包，與自己通信范圍一跳以內的路由器節點通信，使路由器節點接收終端節點發射的無線數據，并獲取兩節點間的RSSI值。終端節點功能的軟件實現流程如圖3所示。2.2.2依據二通道的網絡互通，確定并實現了以大范圍節點為目標的功能路由器節點的功能主要是負責接收終端節點的廣播信息，并將自身坐標與RSSI值打包發送給協調器節點。路由器節點加入到網絡后，可以利用路由器節點以多跳的方式發送數據，確保數據傳輸的穩定性。在大范圍節點定位中也有負責建立網絡拓撲結構的功能。路由器節點功能的軟件實現流程如圖4所示。首先，進行設備初始化，然后申請加入網絡。加入成功后，協調器為其分配一個網絡地址，然后等待接收數據。當接收到定位請求時，向未知節點發送RSSI和自身位置，發送完成后繼續等待接收數據。當接收到傳感器數據時，則轉發給協調器節點，然后繼續等待接收數據。2.2.3節點功能軟件設計協調器節點是WSN自組網定位的重要組成部分，負責組建WSN、管理網路中的各個節點、接收路由器節點的數據并通過串口傳送數據到三維定位系統軟件平臺。協調器節點功能軟件的實現流程如圖5所示。協調器首先進行設備的初始化，期間包括通過信道掃描選擇合適的信道，設定PANID，選擇網絡地址和設定網絡參數。網絡建立后，各節點向協調器節點發送請求入網的信號。如果協調器節點所監測的信息完全符合入網的要求，則由協調器節點為各節點發送網絡地址，完成協調器節點和各節點的通信功能。3移動節點的三維定位實驗和結果分析3.1移動節點定位實驗WSN移動節點三維定位的實驗步驟如下：1）按照節點類別分別將編譯好的程序下載到各個WSN節點中；2）將4個錨節點依次按照坐標（0,0,0),(10,0,0),(0,10,0),(0,0,10）位置放置，坐標單位為m;3）打開路由器節點、協調器節點、未知節點和錨節點電源，進行WSN自組網；4）將移動未知節點放置于定位監測環境中，起始坐標為（5,0,0）點，實驗員通過控制移動小車，使未知節點分別以20cm/s和40cm/s的速度做勻速直線運動，移動小車的終點坐標為（5,10,0）點；5）打開定位系統軟件，設置相應的參數，系統的定位時間間隔為1000ms，通過串口接收數據并進行未知節點的定位，依次獲取移動未知節點的位置坐標。定位實驗流程如圖6所示。在對移動節點定位實驗過程中，主要包括以下三個過程：1）網絡初始化階段。進行網絡組建和網絡地址分配，對網絡中的每個節點進行初始化；2）定位階段。錨節點接收網絡數據，通過分時通信機制將RSSI值和錨節點自身位置發送給協調器節點并上傳給定位軟件，定位軟件確定接收到4個錨節點的數據后進行建模定位；3）顯示階段。將定位坐標結果進行顯示。3.2節點以40cm/s的速度移動時的定位誤差通過WSN移動節點三維定位系統對不同速度下的移動未知節點定位，得到的定位結果如圖7和圖8所示。其中，圖7a）為移動未知節點以20cm/s的速度移動時的定位效果，圖7b）為相應的移動節點定位誤差，圖8a）為移動未知節點以40cm/s的速度移動時的定位效果，圖8b）為相應的移動節點定位誤差。由圖7a）和8a）也可以看出，研制的定位顯示界面能夠準確實時地顯示節點的實際坐標和位置。同時，由圖7b）可知，采用研制的WSN節點三維定位系統對20cm/s速度的移動未知節點進行定位的最小定位誤差為10.09%，最大定位誤差為18.51%，平均定位誤差為14.62%。而由圖8b）可知，采用研制的WSN移動節點三維定位系統對40cm/s速度的移動未知節點進行定位的最小定位誤差為10.97%，最大定位誤差為19.64%，平均定位誤差為15.55%。實驗結果表明，研制的WSN移動節點三維定位系統可在真實環境下對勻速直線運動的節點進行定位，定位實時性較好，定位精度較高。4室外空間場本文對真實環境下WSN