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

WSN(Wireless Sensor Network)定位技術應用廣泛，除可以反應出事發地點外，還可跟蹤目標、實時監測目標的行動狀態、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定位系統進行了實驗驗證，并結合實際情況對所得數據進行了分析。

1 TinyOS操作系統及硬件平臺
1．1 TinyOS
TinyOS是UC Berkeley開發的一種用于無線傳感網絡節點的開源操作系統，以其組件化的編程、事件驅動的執行模式、微型的內核以及良好的移植性等特點作為目前WSN系統上的主流操作系統。TinyOS操作系統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子系統及地址空間分配，這對于存儲資源有限的系統尤為重要。
1．2 NesC語言
加州大學伯克利分校在C語言的基礎上開發出一種適用于無線傳感網絡編程的NesC(C Language for Network Embedded Systems)語言，TinyOS操作系統和其上運行的應用程序用NesC語言開發。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、并發式系統的組件，并能夠在編譯時執行廣泛檢查。
1．3 iris硬件特性
iris節點工作頻率為2．4 GHz，支持IEEE802．15．4協議的Mote模塊，用于低功耗無線傳感網絡。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，節點間視距離可達500 m；使用直接序列擴頻技術，抗RF干擾、數據隱蔽性較好；基于IEEE80 2． 15．4／ZigBee協議的RF發送器，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
節點間發送的信號在傳播過程中都會有衰減，RSSI無線傳感網絡定位算法的核心是根據節點間發送信號的衰減計算出節點之間的距離，然后依據節點之間的距離計算出盲節點的位置坐標。無線信號的發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是無線信號的發射功率，d為收發節點之間的距離；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。所以可得到盲節點與信標節點之間的距離為

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

則根據三邊測量法原理，有式(4)成立

由式(4)可以求得盲節點的坐標如式(5)所示


3 RSSI定位算法在操作平臺上的實現
在此環節中，主要用NesC語言在TinyOS環境下將RSSI定位算法具體實現，編譯成功后將NesC程序分別燒寫到對應的硬件節點中進行實驗。其實驗結構如圖2所示，信標節點發送包含自身坐標的數據包到盲節點及基站節點。盲節點接收信標節點發送的數據包解析出每一個的RSSI值，結合信標節點的位置坐標計算出自身坐標值，并將結果發送至基站節點。基站節點接收一切數據包，并將其發送到XServe中轉站。
PC機上的XServe作為節點網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，以便于網絡間數據傳送；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、轉換和處理節點傳送的數據；在解析過程中，將原始格式的數據轉換到相應的傳感器讀數測量單位；最后將轉換后的數據顯示于XSniffer界面中。PC機上的XSniffer可以顯示出XServe傳送的所有數據；能夠讓操作者監測到網絡中的所有節點是否都在正常通信、數據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。