基于RSSI 的无线工业控制网络节点定位研究

文/李锐君张军 胡淑娟

针对无线工业控制网络WICN的特点，从其定位要求出发利用基于WICN 虚拟令牌控制的MAC 协议，提出基于RSSI 测距和双曲线数学模型的定位技术。然后在无线传感器网络节点GAINS 平台上实现WICN 定位，并通过定位监控对WICN 定位的运行情况进行实时监控，监控显示定位效果能满足无线工业控制网络的要求。

摘 要

入该逻辑环，并分配一个唯一的站点地址，逻辑环上所有站点都知道其前驱站和后继站。采用基于令牌的MAC 协议的无线工业控制网络后，逻辑环上的每一个站点都知道信息的来去动向，并且令牌在站点中的传递顺序是依次进行的，所以它保证了通信传输的确定性和信道接入的公平性。

【关键词】无线工业控制网络 介质访问控制协议 节点定位

1 引言

无线工业控制网络（Wireless IndustrialControl Networks，WICN）属于一种特殊的计算机网络，是用于完成自动化任务的网络系统，对通信传输的可靠性和实时性有严格要求。无线网络空间位置的确定性是无线网络技术应用于工业现场环境必须解决的重要问题，节点定位是WICN 众多支撑技术中的共性技术。无线工业控制网络的许多应用都离不开定位，如数据融合、声波测距定位、数据处理、协同休眠以及监测节点的活动信息等，都需要定位技术。

本文首先简要介绍我们前期工作中提出的适用于无线工业控制网络的基于令牌控制的介质访问控制MAC 协议，提出由锚节点基于信号场强测距的WICN 定位模型，并通过扩充了定位监控模块GAINS 后台分析和管理软件SNAMP（Sensor Network Analysis andManagement Platform） 对WICN 定位的运行情况进行实时监控。

2 WICN的MAC协议简介

面对控制网络的特殊要求，传统的无线局域网MAC 协议很难满足需要。在前期的工作中我们提出了一种基于令牌的适用于工业无线网络的MAC 协议。

其工作机制简述：工业无线网络需要与企业上层网络（Intranet）相连以便与外界实现信息交互，工业无线网络中与企业上层网络相连的站点被定义为主站（Sink）。在全互连无线分布式系统中由主站建立一个逻辑环，系统中其它所有以接收/ 发送模式工作的从站都加

3 WICN定位模型

在WICN 定位网络模型中，除主站Sink节点外，从站有以下三种：Reader（简写R）：定位所需的已知位置的参考节点，也称锚节点，一般锚节点为3 个以上，且分布在网络的边缘不在同一直线上；Tag：需要定位的未知节点，也称待测节点；

Node（简写N）：无需定位也不担任锚节点的一般节点。无线工业控制网络的定位模型如图1 所示，假设WICN 定位系统中有主站Sink 节点和7 个从站。7 个从站包括1 个需定位的待测节点Tag、3 个锚节点(R1、R2、R3) 和3 个一般节点(N1、N2、N3)。首先主从站点按照WICN 基于虚拟令牌控制的MAC 协议建立逻辑环，其中逻辑环如图1 中连接各站点的带一端箭头的黑色实线所构成的封闭曲线。当待测节点Tag 有定位请求时，Tag 广播定位测距帧Solicit_Pos；各锚节点侦听到定位测距帧Solicit_Pos 立即分别获取并记录相关的定位信息，然后分别在获得令牌时通过发送单播定位信息数据包Pos_Pkt 将各自记录的定位信息传送给Sink 节点，从而完成测距过程。主站Sink 通过串口UART 将收集到的定位相关信息交付给PC 定位中心。PC 定位中心依据锚节点的已知坐标位置，并根据相关定位算法进行计算处理，从而得到估计位置，完成对待测节点的定位。

4 WICN定位测距