摘要无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Network）是近年来迅速发展并受到普遍重视的新型网络技术，它的出现和发展给人类的生活和生产的各个领域带来了深远的影响。
无线传感器网络节点定位技术是无线传感器网络应用研究的基础。
目前，已有多种定位技术被应用于室内定位中，尤其是基于接收信号强度（RSSI，Received Signal Strength Indication）的定位技术以其低功耗、低成本、易于实现等优点，得到了无线传感器网络研究学者们的青睐。
本文重点研究了基于RSSI的室内定位的关键技术，主要包括定位模型分析和定位算法设计。
首先，为了获得较为精确的定位，根据RSSI测距原理和无线信号传播衰减模型在设定的室内环境进行多次实验，通过计算及均值处理等方法反复调整以获得标准的定位模型参数，得到高精度的等效距离。
接着，根据三边定位算法原理简化定位算法，建立更为简单的定位模型，采用双边定位得到两个可能的定位点，再利用RSSI测距原理对两个定位点进行择优选择确定定位点。
最后，在Arduino开发平台上对参考节点与未知节点这两类iDuino节点的室内定位模型进行了软件开发设计和程序开发。
在设定的室内环境部署iDuino节点，搭建实验定位模型，并实现了定位。
关键词：无线传感器网络，节点，室内定位，RSSI，ArduinoABSTRACTWireless sensor network (WSN) is developed rapidly and universally emphasized as a new network technology in recent years, the advent and development of WSN have had a profound and lasting impact on the life and all areas of production of human beings. Wireless nodes localization technology is the basis in the application and studies of wireless sensor network. There are a variety of positioning technology have been used in indoor location at present, especially the based on RSSI (received signal strength) positioning technology gets a great preference from many scholars of studies of wireless sensor network with the advantages of low power consumption, low cost and easy to realize.This paper mainly studies the key technology of indoor positioning based on RSSI, which mainly includes the positioning model analysis and positioning algorithm design. First, in order to obtain more accurate positioning, we perform several experiments according to the RSSI ranging principle and wireless signal propagation attenuation model in the setting of indoor environment, and get accurate positioning model parameters and equivalent distance by the methods of calculation and mean processing. Then, we simplify Trilateral Localization Algorithm to Bilateral Location Algorithm and establish a simpler positioning model, with which we can get two nodes of possible location, and determine the better node according to the RSSI ranging principle. At last, we make software designing and programming of these nodes that are anchor nodes and nodes of unknown on the Arduino development platform. Combined with the indoor environment we selected, we deploy the iDuino nodes and then build location model, with which we implement the location.KEY WORDS：Wireless Sensor Network，Nodes，Indoor Location，RSSI，Arduino目录第一章绪论 (1)1.1选题目的与意义 (1)1.2研究背景 (2)1.2.1 国内外研究状况 (2)1.2.2 室内定位技术 (4)1.2.3 无线传感器网络操作系统 (6)1.3论文章节安排 (8)第二章无线传感器网络定位技术 (8)2.1无线传感器网络结构 (8)2.1.1 无线传感器网络体系结构 (8)2.1.2 无线传感器节点结构 (9)2.1.3 无线传感器网络的协议栈 (10)2.2无线传感器网络的定位机制 (11)2.2.1 基于测距的定位技术 (11)2.2.2 与距离无关的定位技术 (13)2.3常用的室内节点定位算法 (13)2.3.1 三边测量法 (13)2.3.2 三角测量法 (15)2.3.3 极大似然估计算法 (15)2.3.4 DV-Hop定位算法 (16)2.3.5 APIT定位算法 (16)2.3.6 加权质心算法 (17)2.4定位系统和算法的性能评价标准 (18)第三章基于RSSI的室内定位模型分析及算法设计 (18)3.1RSSI测距原理 (19)3.1.1 无线信号传播损耗模型 (19)3.1.2 RSSI测距模型[18] (20)3.2RSSI测距实验 (21)3.3基于RSSI的三边定位简化算法 (25)第四章基于IDUINO节点的室内定位系统的实现 (29)4.1I D UINO节点简介[19] (29)4.2节点部署模型设计 (32)4.3程序设计 (33)4.3.1 节点逻辑设计[2,19] (33)4.3.2 Arduino程序体系结构及程序语言基础[2,20] (34)4.3.3 节点程序设计 (38)4.4定位实验 (44)第五章总结与展望 (46)参考文献 (48)致谢 (50)毕业设计小结 (51)附录 (52)第一章绪论1.1 选题目的与意义从21世纪初开始，物联网（Internet of Things）的概念和技术在全球得到高度重视。
物联网是互联网的应用拓展，它通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，把传感器、控制器、机器、人和物等通过新的方式联系在一起，形成物与物、人与物联系，实现信息化、远程管理控制和智能化网络，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮[1]。
国内外各大企业和高效开始将目光由传统的通信行业转向了物联网行业[2]，而与物联网密切关联，基于大量具有通信功能的微型传感器构成的无线传感器网络也成为了国内外关注的热点。
WSN是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域被感知对象的信息，并发送给观察者。
随着微电子和微系统(Micro-Electro-Mechanism System，MEMS) 、片上系统（System on Chip，SOC）、无线通信以及低功耗嵌入式技术的快速发展，无线传感器网络（WSN）在军事应用、目标追踪、环境监测、医疗保健、空间探索等领域都得到广泛的应用，为信息感知带来了一场新变革，使得物与物、人与物、人与人之间，甚至人身的交互感知更方便[2]。
传感器节点是无线传感器网络（WSN）的基本单位，节点的位置信息是WSN 应用的基础，不能确定位置信息的节点所得到的监测数据是没有任何意义的，因而节点定位技术在WSN中具有举足轻重的地位。
由美国国防部领导下的卫星导航联合计划局（JPO）主导研究的全球定位系统（Global Positioning System，GPS）是目前应用最广泛和成功的定位技术。
GPS在许多嵌入式系统中被用于定位服务，如手机、导航系统或笔记本电脑等。
虽然GPS能提供高精度的位置信息，但对于大多数的WSN应用并不适用。
首先，现有的GPS部件非常昂贵。
其次，GPS耗能高，将有可能对WSN生存期产生额外的约束。
另外，WSN通常是静止的，定位协议可能只需要在网络初始化周期执行。
因此，GPS可能不能实现有效的成本效益[3]。
GPS主要应用于船舶、汽车、飞机等运动物体进行定位导航，只适合于在户外使用。
在室内场合，由于建筑布局复杂、场景特定、再加上人员活动等不确定随机因素，存在着多径效应和非视距传输的影响，使得室内信道环境复杂，微波信号衰减厉害、测量误差大，GPS并不适用。
而基于IEEE 802.11协议的无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN ）的定位技术已经取得了巨大的研究成果，尤其是近年来基于多种简单定位机制和算法，技术相对简单，低成本、低功耗、自组织的WSN 定位技术得到了科研人员的重视和大量研究，具有很好的应用前景。
图1-1列举了WSN 的主要应用[3]。
图1-1 WSN 的应用类别和举例现代社会人们对生产生活中的安防和智能化的需求越来越高，精确的定位技术在许多室内场景的实用性和必要性已经日趋显著[4]。