WSN其實是一種分布式的傳感網絡，它是可以感知外部和檢查外部世界的傳感器，它是物聯網的關鍵技術。

　　在無線傳感器網絡中定位技術是運用廣泛的重要技術，在基于距離的定位技術中，測距精度在很大程度上決定了定位精度。傳統的RSSI測距法存在路徑損失模型復雜、環境變化引起信號嚴重震蕩而產生測距誤差等不足。針對以上問題，本文提出利用錨節點測距信號衰減因子的RSSI測距法，該測距法無需建立路徑損失模型，同時，信號衰減因子與RSSI測距有很強的關聯性，減少了因其他因素引起的信號強度值震蕩而帶來的測距誤差，具有很好的環境適應能力。

　　無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks， WSN）是現代一種有大量微型傳感器節點部署的無線檢測區域網絡。在無線傳感器網絡實際工程應用中，節點需要提供自身的位置信息及檢測信息，才能提供有效的監測服務［2-3］。無線傳感器網絡中目標的定位、跟蹤和軌跡預測都需要節點的位置信息。

　　WSN的定位問題一般指對于一組未知位置信息的網絡節點，依靠已知的錨節點的位置信息，通過測量未知節點至其余節點的距離或跳數，或者通過估計節點可能處于的區域范圍，結合節點間交換的信息和錨節點的已知位置，來確定每個節點的位置［5］。

　　基于接收信號強度指示測距法（Received Signal Strength Indicator，RSSI）的測距方式是指，信號在傳播過程中遇到障礙物時會被反射、折射以及吸收，在障礙物周圍的信號存在較大的路徑損失，造成測距的不準確性，最大測距誤差可達±50%［2］。本文針對RSSI測距法中存在的不足，提出利用錨節點測距信號的RSSI測距法解決測距誤差。

　　1 節點定位技術基本理論

　　1.1 基于距離（Range-Based）的定位

　　在Range-Based的定位中，節點之間測距精度決定定位的精度，介紹分析以下幾種常見的測距法。

　　到達時間（Time of Arrival，TOA）測距法是一種基于方向鏈路的定位方法，通過測量節點信號到達多個信標節點的傳播時間來確定節點的位置。但它對所有節點相同的誤差沒有進行處理，誤差較大。

　　到達時間差（Time Different of Arrival，TDOA）測距法是另一種基于反向鏈路的定位方法，通過檢測不同信號到達的時間差來確定節點的位置。但由于節點功率控制會造成相鄰節點接收到的功率小，因此會導致比較大的測量誤差。

　　到達角（Angle of arrival，AOA）定位由兩個或更多錨節點通過測量接收信號的到達角來估計節點的位置。而當節點距離協調器較遠時，節點定位角度的微小偏差會導致測位線距離的較大誤差。

　　接收信號強度指示（RSSI）測距法通過接收節點測量接收功率，計算傳播損耗，使用理論或經驗的信號路徑損失模型將傳播損耗轉化為距離。其不需添加任何額外硬件降低投入成本，但其路徑損失模型建立復雜，射頻信號易受多徑衰落、非視距等環境影響導致接收信號強度值嚴重震蕩，難以準確測距。

　　1.2 影響定位精度的主要因素

　　由于無線傳感器網絡的通信環境復雜多變，因此，各種依賴于通信信號測量的定位技術都受到各種因素的影響，如多徑傳播問題及NLOS傳播。

　　2 RSSI測距法

　　RSSI測距法定位的算法中，用已知節點之間距離測量的準確度來決定定位的精度。RSSI測距法的基本思想是：在傳播過程中由于信號的衰減，通過特定環境下的信號傳播路徑損失模型，運用到所求信號傳播環境下，計算出信號衰減量對應的節點之間信號的傳輸距離。

　　2.1 RSSI測距原理

　　RSSI的定位算法中，傳播信號在自由空間中傳播，其能量沒有介質損耗，傳播路徑損耗是指自由空間中發射節點的發射信號在傳播過程中，隨著距離的增加，由于信號被反射、吸收使節點接收到信號的功率密度減少，計算出信號的傳播損耗，建立路徑損失模型將傳輸損耗量轉化為對應距離［2-3，6］。路徑損失是距離的二次函數，表達式如下：

　　（1）

　　上式中Pt為節點發射功率，Pt（d）為接收功率;Gr、 Gt分別是發射天線和接收天線的增益;d是發射節點到接收節點的距離;n是取決于環境的平均路徑損耗指數;λ是波長。

　　由（1）式可得：

　　（2）

　　由此，接收信號功率變化與發射節點及接收節點距離的平方成反比，通過測量接收信號的強度利用式（2）可計算出發射與接收兩節點間的距離。

　　2.2 RSSI測距法優缺點及誤差分析

　　但RSSI測距法在實際使用中，由于環境因素易產生多徑傳播、反射、天線增益、非視距等現象，即使布置在固定場合的無線傳感器網絡，當環境因素改變時，信號衰減速度也會變化，造成相同距離產生不同環境平均路徑損耗指數的傳播損耗，所以RSSI的定位技術在基于距離的定位技術范疇中通常屬于粗略定位。

　　3 基于測距信號的RSSI測距法

　　3.1 改進思路

　　對于RSSI測距法中信號傳播路徑損失，提出利用錨節點測距信號衰減因子進行改進。其基本思路是借助兩個錨節點間的信號傳播損耗計算出信號衰減因子，再將信號衰減因子用于已知節點與未知節點的測距中，計算距離。

　　測距布局思路如圖1所示，在無線傳感器網絡中已知兩節點位置信息，N2為所需求的節點。N0和N2為相同環境下，兩節點可進行通信，由已知節點N0到N2的位置信息，測出N0到N2的距離，確定節點N2的定位信息。利用錨節點測距信號衰減因子的思想，若在節點N0的通信范圍內存在一錨節點N1，則N0、N1、N2為鄰居節點，在節點N0通信小范圍內存在環境噪聲系數引起信號無規律的衰減時，環境噪聲系數對于N0到N2與N0到N1之間的信號通信質量的影響是一樣的。同狀態下，信號從N0到N2與從N0到N1的衰減規律一致。因此，通過錨節點N1和N0得出同狀態下信號衰減速率與距離的數值關系，進而通過該衰減因子計算N0到N2的距離。在此改進思路上結合信號隨距離增加而衰減變快的情況，推導出信號衰減因子。

　　在基于RSSI測距法的定位過程中，均需在未知節點的通信范圍內有至少三個錨節點對其定位，因此當計算衰減因子時即可利用這些錨節點，不需額外增加節點。

　　3.2 信號隨機衰減系數

　　在相同環境下有兩個錨節點N0、N1和一個未知節點N2，N0與N1和N0與N2均可相互通信。N0、N1間距為d1，且已知N0發出的信號強度為PN0，傳輸到N1時，信號強度降為PN1;從N0 傳輸到N2時，信號強度降為PN2。需測N0到N2的距離d（其示意圖如圖2所示）。

　　推導如下：

　　無線傳感器網絡傳輸信號的能量損耗E與距離d的關系：

　　可見，基于錨節點輔助測距信號隨機衰減系數的RSSI測距法利用錨節點輔助定位。該測距法無需建立復雜的路徑損失模型，而利用錨節點輔助信號衰減因子用于測距。

　　4 算法仿真分析

　　為了檢驗基于錨節點輔助信號的RSSI測距算法的性能，在NS2平臺上對WSN算法運用數據收集，利用仿真角度進行算法的分析，即在PN0、PN1、d1取一定值的情況下得出PN2與d的關系。

　　算法，其中，即為信號衰減因子，它是由兩個錨節點N0、N1求得，環境變化時，n隨之變化。

　　圖3所示為在固定節點N0和節點N2時，不同的環境衰減因子對改進RSSI曲線的影響示意圖?？梢钥闯?，環境衰減因子n對傳播模型影響很大，n值越小，其對應的改進RSSI曲線越平緩，節點信號衰減得越慢，節點N2定位誤差越小。反之，n值越大，信號衰減得越快，定位誤差越大。

　　現給定一組值：，當時，在Matlab2016a上經過算法仿真分析，繪制出d與PN2的關系圖，如圖4所示。

　　仿真圖中曲線顯示了利用信號衰減因子法所得的節點N2的接收信號強度與距離的關系，信號強度隨距離的增加而衰減變快，且衰減速度較均勻，未出現信號強度震蕩現象。

　　5 結論

　　在基于距離的定位技術中，定位精度取決于測距精度。本文提出了利用錨節點測距信號衰減因子的思想和方法，并闡述其測距原理，推導出信號衰減因子。與傳統的RSSI測距法相比，該測距法無需建立復雜的路徑損失模型，而是計算同時刻的信號衰減因子用于測距，衰減因子現求現用能有效減少因其他因素引起的信號強度震蕩帶來的測距誤差，提高無線傳感器網絡中RSSI定位精度。