TELKOM NIKA , Vol.13, No .1, March 2 0 1 5 , pp. 221~2 2 9   ISSN: 1693-6 930,  accredited  A  by DIKTI, De cree No: 58/DIK T I/Kep/2013   DOI :  10.12928/TELKOMNIKA.v13i1.1263        221     Re cei v ed Se ptem ber 28, 2014; Revi se d De ce m ber  22, 2014; Accepted Janu ary 10, 201 5   Received Signal Strength Indicator Node Localization  Algorithm Based on Constraint Particle Swarm  Optimization      Songhao Jia * , Cai Yang  Dep a rtment of Comp uter and  Information T e chno lo g y , N a n y a ng N o rmal U n iversit y , Na n y ang 4 7 3 061,  Hen an, Chi n a   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : jsong ha o@1 26.com       A b st r a ct   Becaus e the  receiv ed si gn al  strength  ind i c a tor (R SSI) va lue  gre a tly cha nges, th e dir e ct use o f   RSSI val u e  ha s more  errors   in th positi oni ng  proces s  as  the  bas is to  c a lcul ate t he  po sition  of  anch o r   nod es. T h is p aper  prop oses  a RSSI no de  local i z a ti on a l gorit hm  bas e d  on c onstrai nt particl e sw a r opti m i z at ion (P SO-RSSI). In the al gorit hm, p a rticle sw arm  opti m i z at ion is  used to se lect anch o r no des  set   w h ich are ne a r  the unknow n  node.  T h e al gorith m   take s  an ele m ent in   the   set,  a n d  me asur d i sta n ce  betw een  it an d  the oth e r el e m e n ts in t he s e t. T hen,  the  max i mu m l i kel i hoo meth od  i s  used t o  calc ulate   the coor din a te s. Accordin g to  the differe nce  betw een th e ca lculat ed co ordi nates a nd the  actual c oord i n a t es  of the  anch o r n ode, th e o b tai n  coord i n a te of  unkn o w n   n ode  is corr ected.  W hen a ll th el ements i n  th set   perfor m  suc h  oper ation, th statistical  meth ods ar use d   to deter mi ne t he co or di nates  of the unk no w n   nod e. T he al go rithm  e m bo di e s  all the r e fere nce p o ints  i n flu ence  on p o sitio n in g, corrects the error  prob le on a si ng le ref e renc e no de p o sitio n in g in th e past. T he  si mu lati on res u lt s show  that  the effect of the PSO- RSSI algor ith m  is more exc e l l ent.    Ke y w ords : co nstraint  particl e sw arm o p ti mi z a t i o n , w i rel e ss se nsor  n e tw ork, RSSI alg o rith m,  n ode   locali z a tion      1. Introduc tion  With the  ra pid d e velop m ent of i n tegrate d   circuit, sen s o r   and  wi rele ss netwo rk  techn o logy, Wirel e ss  Se nso r  Networks  (WSN ) a r e more a n d  more  con c erne d by all  the  cou n trie in   t he worl d. Wireless se nsor netwo rk  i s  m a inly compo s ed of th sen s or n ode, th sin k   node  and m onitorin g  cen t er, has t he i n formatio n proce s sing  and  informatio comm uni cati on  function.  Obt a in a c curate l o catio n  info rmation of   sen s or no de s an d tran smit th em to the  co ntrol  cente r , is cri t ical for WS N. Accordi n g  to  whethe need  rangi ng , positionin g  algorithm are  divided i n to  rang e b a sed  localization  algorith m  (Range -ba s e d ) and  rang free l o calizat ion   algorith m  (Ra nge-f r ee ). Th e Ran g e - ba sed algo ri thm  measures di stance o r  rang e paramete r s of  unkno wn no de to locate.  It has the  advantag of high positio ning accu ra cy, but requires  addition al ha rdwa re  su ppo rt. The Range -free  algo rith m only de pen ds o n  the  co nne ctivity of the   netwo rk to a c hieve th e p o sitioni ng. Compa r ed  with  the Rang e-b a se d alg o rith m, this alg o ri thm   has t he  relati vely small p o we con s u m ption, an the po sitionin g  accu ra cy i s  lo we r than  the   former  cal c ul ation. Becau s e the ab ove  two ty pes of  locali zation  algorith m s h a ve advanta ges  and di sa dvan tages, p eopl e  ca re a bout e nergy  con s u m ption an d p r eci s io n po siti oning  and  ho pe  to get the best service at minimum cost.   Re ceived Si gnal Stre ngt h Indicator  (RSSI ) lo cati on alg o rithm  is a rang e  based  locali zation  a l gorithm. It use s  the  rel a tionship bet wee n  co mm unication di stance s  a nd  the   received si gn al stren g th, to calculate the coo r di nat es of unkno wn nod es. T he co st of RSSI  locatio n  algo rithm is lo w, so the  appli c ation is  ve ry extensive. At pre s ent, this algorith m  ha some  sho r tcoming s , for example, the mea s ur ed  position e r ror is la rge r  under  differen t   environ ment.  No w, a lot  of schola r s a nd expe rt st udy the RSS I  algorithm.  S. Elango et  al  pre s ente d  a low cost ZigB ee ba sed WSN impleme n tation for in door p o sitio n  monitoring i n  a  home autom a t ion applicatio n. The real -time kno w le dg e of the location of person nel, assets, a nd  portabl e in struments  ca n i n crea se h o m e  automat io n  control effici ency [1]. Jo sé Antonio G ó mez   Martin et  al p r esented   a re sea r ch  a nd a   develo p ment  of a fin g e r pri n t-indo or-po s i t ioning  syste m   usin g the Re ceived Sign al  Strength Indication of a  Wirel e ss Sen s or  Network [2]. In  this stu d y,  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 1, March 2 015 :  221 – 2 2 9   222 the autho rs u s e the Interdi sci plina r y Institut e for Broadba nd Te ch nology real-lif e test bed a n d   pre s ent an a u tomated me thod  to optim ize and   calib rate the  experimental d a ta  before  offeri n g   them to a  po sitionin g  en gi ne. In a p r e p roce ssi ng l o ca lization  step,  they introd uce a n e meth od  to provide  bo und s fo r the  range, th ereb y further im p r oving the  a ccura cy of  ou simple  a nd fa st  2D lo cali zatio n  algo rithm b a se d on  co rrected  dista n ce circle s [3].  Byoungsu Le e and Se ung wo o   Kim develo p ed the  de sig n  technol ogy  of a  se nsi n g  platform  for  the HWR to  perfo rm a  rol e  of  both he alth a nd life  care i n  an  aging  society. A fusi on alg o rithm   usin g RSSI a nd trilate ratio n  is  also  propo se d for the  agil e  self -lo c ali z a t ion [4].  Gadd i Blumro se et al propo se d a n e w t r a c king   system  ba se d on  exploitat i on of  Re ceiv ed Sign al  Strength In dicator m e a s urem ents i n   WSN.  The   system i s  ev aluated in i n d oor  con d ition s  and  ac hiev es tra c king  resol u tion of a  few ce ntimet ers   whi c h is compatible with t heoretical bounds [5]. A.LAKSHMI  et al proposed novel energy  efficient algo rithm FDPCA for Wi rele ss Sensor  Netwo r ks. Paramete rs like End to End Delay an Re ceived  Signal Strengt h Indi cato r a r co nsid er e d  for exerci sing the  influ ence o n  tran smit  power. The  p r opo se d algo rithm ca n effe ctively sa ve e nergy  without  degrading th e throu ghput  of  the netwo rk  and redu ce t he ene rgy consumpti on  of the netwo rk [6].Tho se  document s p u forwa r d th e i m provem ent  measures  of the RSSI  alg o rithm, but th ese m e thod s can  only re d u ce  the  effect s of  tran sie n t disturban ce. More over , th e po sitioni ng  accu ra cy i s  not hi gh, t he  effic i enc y  is  low.   Aiming at these p r o b lem s , based o n  the analys i s   of the traditional RSSI p o sitioni ng   algorith m , this pape r prop ose s  RSSI node localiz ation algo rithm based on co nstrai nt parti cle   swarm o p timization. Be cau s e the pa rticl e  swarm  o p timization al go rithm ca n iterative search t h e   optimal sol u tion, it is use d  to find neighbo ri ng n o d e s set of the unkn o wn n o de, whi c h m eet  certai con d itions  or th re shold. Th e no des in th e  set are  u s ed to   assist lo cali zation of u n kn own   node. Sele ct  a nod e in t he set as th e refe ren c node, oth e node s in th e  set a r e u s e d  to  measure its l o catio n  by th e RSSI algo ri thm. Co mp ari s on  of actu al  coo r din a te referen c e  nod e,  the erro r valu e is  written d o wn. By u s in g the  sa m e   method, the  coordi nate s  of  unkno wn n o d e  i s   cal c ulate d . Then, the erro r values of referen c e n o d e  are u s ed t o  modify coo r dinate s  of the   unkno wn n o de. When  al l the no de in the  set  p e rform  the  o peratio n, the  coo r di nate s  o f   unkno wn no de are cal c ulated by  using statisti cal  method.  Th e algorith m  doe s not ne ed   addition al ha rdwa re, du e to  the introd ucti on of pa rt icle  swarm  algo rithm, improve s  the efficien cy  and a c curacy  of positioni n g . The si mul a tion re sult sho w  that the  PSO-RSSI a l gorithm i s  m o re  acc u rate, and it has  less  error and better performanc e .                                                                                                                                     2. The Algori t hm Model   2.1. Particle s w arm optimiz a tion algorithm   Particle  swa r m optimization alg o rithm  is a  ki n d  of  evolutiona ry  algo rithm fo r glo bal  optimizatio n. Inspired by  the  bi rds  of pre y  behavio r, Dr R.Ebe r h a rt and Dr J.Ken nedy  p r opo se the algo rithm .  In the opti m ization  pro b lem a nd no nlinea p r o c e ssi ng com b in ation  optimi z ation  probl em, parti cle swa r m op timization alg o rithm ha s ve ry good effect  [7]-[9].      2.1.1. The principle of par t ic le s w arm  optimiz ation algorithm  Particle  swa r m optimizatio n algorithm i s  a  stocha stic  particl e swarm, and each particl e   in the parti cle s  pop ulation f i nds its  optim al soluti o n  by iteration met hod p r o c e ss.  Assu me that i n   a D target se arch sp ace, a commu nity compo s ed of  M particl es.  D dimen s io n a l vector said  one   of the particle s . As sh own in equatio n (1 ).    12 (, ) , 1 , 2 ii i i D x xx x i m                                                                                                                    (1 )     x i  said targ et location of t he parti cle i i n  the  D dim ensi on search spa c e. In the D dim e n s ion   sea r ch  spa c e ,  each  pa rticl e  po sition i s   a potential  solution, al so  may be the   optimal  soluti on.  Thro ugh put x i  into the obj ective fun c tio n , the ad aptat ion value s   ca n be  cal c ulat ed, and  mea s ure  the merit s  of x i  by the fitness val ue. Assuming v i =(  v i1 , v i2  …v iD ) is the speed  of p a rticle i. p i =( p i1 p i2  …p iD ) i s  th e optimal  po sition of the  pa rticle i.  p g =(  p g1 , p g2  …p gD ) is the  be st po sition of  pa rticle   sw arm so  f a r t o   sear ch.   Particle  swarm optimizatio n algorith m  u s ually ad opts  the followin g  two form ula s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Recei v ed Signal Strength I ndicator Node Loca lization Algorithm  Based on .... (Songhao Ji a)  223 k+ 1 k k k id id 1 i d i d 2 g B e s td id () (p x ) () (p x ) vv c r a n d c r a n d                                                      (2 )     k+1 k k+1 id id id x xv                                                                                                                                                        (3 )     (1)  c 1 , c is ca lled le arni ng  factor.  In m o st  ca se s,  c1 =c2=2.  The  be st ran ge i s  fro m  0 to  4,  and the effect more than  4 or le ss tha n  0 optim ization algo rithm s  is not very  good. Lea rni n g   factors i s  u s ed to g u ide  and p r om ote  the optimal   particl e to th e optimal val ue an d the  e n tire  popul ation of all particl es [1 0, 11].  (2) r 1 , r is a numbe r of ran dom dist ributi on value from  0 to 1.      2.1.2. Proces s of par t icle s w a r m op timization alg o rithm   The sta nda rd  particle  swarm optimiz atio n pro c ed ure is as follo ws:  Step 1  :  Initialize the particle p opu lation.  Step 2  :  Adaptive va lue of each p a rticle i s  cal c ulated.   Step  : Accordi n g  to the  value   of ea ch  pa rticle  cal c ul ate d  in  Step  2,  their i ndividu al optim al  s o lution is  updated. At the s a me time, the  o p timal  so lution of  grou p is fou nd, a nd th e   index value is stored.   Step  : Usi ng th formula  (2 and fo rmul a  (3 ),  spee and  po sition  of ea ch  pa rticle  are  recalculated.   Step  : Judg whe t her the  fitne s s value  rea c he s the  pre determi ned  requireme nts  or the   maximum nu mber of itera t ions is rea c hed,  if met, then end the  iteration. Oth e rwi s e,  Step 2 is turn ed.      2.2. The max i mum likelih ood estima t ion method   Suppo se no d e  p 1 (x 1 , y 1 ), p 2 (x 2 , y 2 ), p 3 (x 3 , y 3 )…p n (x n , y n ) is the anchor no de. M(x, y) is   the unknown  node. d 1 , d 2 , d 3 …d n  is expre s sed a s  the dista n ce  betwe en an chor no de an d  the   unkno wn no d e  M. Acco rdi ng to the ge o m etric  kn owle dge, the follo wing e quatio n formula  ca n  be  obtaine d.    22 2 11 1 22 2 22 2 22 2 nn n (x x) ( y y ) (x x) ( y y ) ... (x x) (y y ) d d d                                                                                                                                    (4 )     In  the formula (4), the first equatio ns, the second equations...the n-1 equations  seq uentially  minus the n e quation s , dra w  the followi n g  equatio n formula.    22 2 2 2 2 1n 1 n 1n 1 n n 1 22 2 2 2 2 2n 2 n 2n 2 n n 2 22 2 2 2 2 n- 1 n n- 1 n n- 1 n n - 1 n n n - 1 2( x x ) 2 ( ) 2( x x ) 2 ( ) .. . ... ... 2(x x ) 2 ( ) yy x xyy d d yy x x xyy d d y yy xx y y d d                                                               (5)     The equatio n ,   X= (A T A) -1 A T b, i s   dra w Acco rdi ng to  this  equ atio n, the u n kno w nod locatio n  of M can b e  cal c ul ated.    1n 1 n n- 1 n n- 1 n 2( x x ) 2 ( ) , . .. .. . 2(x x ) 2 ( ) yy x XA y yy                                                                                                       (6 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 1, March 2 015 :  221 – 2 2 9   224 22 2 2 2 2 1n 1 n 1 n 2 2 22 22 n- 1 n n- 1 n n- 1 n ... x xyy d d b x xy y d d                                                                                                                     (7)       3. The Desig n  of Algorith m   3.1. The idea  of algorithm   (1)    RSSI values  of all nodes i n  WSN a r e colle cte d , and the RSSI values a r e conv erted to the  distan ce   With the increa se of distance, wi rele ss  sign al wil l  be regul arl y  attenuated . This  attenuation h a s great influ ence  on the positio ning a c cura cy of RSSI. So we should  choo se  a  suitabl e atten uation mo del  of wirel e ss si gnal. The  co mmonly used  wirel e ss cha nnel p r op agat ion  attenuation   model  in clud es  Fre e  Sp a c e P r op agati on M odel  (F ree - Spa c e  M odel) a nd  L og- distan ce  Distribution Mod e l  [12],[13].  The Free-Sp ace mo del is  sho w n in formula (8 ):    ) lg( 10 ) lg( 10 44 . 32 0 f k d k Loss                                                                                          (8)    Whe r ein, Lo ss  rep r e s ent s the ch ann el att enuatio n (unit: dB),  d said the  distan ce   betwe en the  test point an d sou r ce di stance (u nit:  km), f represe n ts the si gnal  freque ncy (u nit:  MHz), k said  attenuation fa ctor.   Becau s of the sig nal  interferen ce  and  the  o b sta c le fa cto r s, the  Log -distan c Distri bution  model is oft en use d  to determi ne the relation shi p  betwee n  si gnal strength  and  distan ce. The  Log-di stan ce  Distrib u tion  model is  sho w n in form ula  (9):     X d d k d PL d PL ) lg( 10 ) ( ) ( 0 0                                                                                                (9 )     In formul a (9 ), d  rep r e s en ts the  dista n c between  the  curre n t n ode  and  the  so urce  node. PL(d ) i s  the path loss at the recei v ing node. X σ  said Ga uss distribute d  ra ndom varia b l e s,  the averag e value of which is 0. The ra nge of it  is 4~10. k rep r e s ents the atte nuation fa ctor, in   different ci rcu m stan ce s, its value  is different, which ra nge is 2 ~ 5.   Gene rally, kn own tran smit node' signa l stren g th, the re ceiving n ode' s si gnal  stren g t h   and the gai n of the antenn a, using form ula (1 0 )  can g e t the chan ne l attenuation  value.    R S S I P G - P L  (d)                                                                                                                                      (10 )     In formula (1 0), P represe n ts tran smit pow er, G sai d  antenn a g a in. By formula (10 ) PL(d) can  be  obtaine d. d 0  is the  refe rence di stan ce, usually is  taken  a s  1m.  Putting it into   formula (8), PL(d 0 can  b e  obtaine d. Putting PL(d and PL(d 0 ) in to the formul a (9 ) ca n get  the   requi re d dista n ce d.     (2) T he intro d u ction of pa rticle swa r m op timization alg o rithm   Pa r t ic le sw arm a l g o r i th m is  a pr oc es o f  fin d i n g  th e p a r t ic les  op tima s o lu tio n  th r o ug con s tant ite r a t ions. Th e cu rre nt optimal  values   are u s ed to  find th e glob al opti m um. Based  on  the parti cle  swarm  algo ri thm, the anchor n ode s a r e obtai ned,  whi c h a r e n ear a r o und t he  unkno wn no de. These a n ch or no de s form a set. Becau s e th e node s in  WSN a r e ra ndom  relea s e, thi s  will ca use so me parti cle s  random m o vin g  aro und, not  to get the fastest  way to find  optimal  soluti on. In order to avoid the  o c curren ce  of su ch a  situati on, re st ri ct iv e con d it ion s  a r adde d, and t he cou r se of  finding the  o p timal soluti o n  is im prove d . In the com pari s on  process,  the improved  method  rele ase s  the  nod es  whi c h a r e  far from  the  optimal  soluti on. By red u ci ng   the times of compa r ison, the iter ative am ount is re du ced [14]-[16].   Specific  step s are a s  follo ws:   Step l: initialization paramet ers of PSO.   Step 2: Get the parti cle swarm fun c tion  equatio n:  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Recei v ed Signal Strength I ndicator Node Loca lization Algorithm  Based on .... (Songhao Ji a)  225  2 ir i i Ff d                                                                                (11)    Among them,    22 ii i f xx y y  Step 3: Com pari s on  of the cal c ulate d   particl e soluti on with the  resp ective opt imal  solutio n s, th e  be st solution  is fo und. By  comp ari s o n , better  valu e are upd ated and repl aced.  Save the current be st value of the optimal tr aversal,  continu e  to repeat, the global optima l   solutio n  are f ound in the  whole po pulati on.  Step 4: Whe n  the co ndition is rea c he d (arriv ed at  the thre shol d  or the trave r sal is  compl e ted ) , the algo rithm i s  end. All sol u ti ons a r e so rted, and the  optimal app ro achi ng no de  set is obtai ne d.    (3)  Cal c ulatin g the coo r din a tes of the un kno w n n ode   Each an ch or  node of the set is taken o u t,  and its positionin g  is m easure d  by other  anchor  nod e s  in the  set.  Then, the  maximum likelihoo d meth od is  used t o  cal c ul ate the   coo r din a tes o f  the an ch or  node.  Com p a r iso n   with th e  actu al  coo r d i nates, th e e r ror value  is  obtaine d. Th e un kno w n n ode i s  locate d by usin g th e sam e  meth od, the coord i nate value i s   obtaine d. Accordin g to  the  error value  of  an ch o r   nod e s , the  obtain e d  coo r dinate s  of u n known  node a r co rrected. Thi s  recu rsi on, all the elem ents i n  the set pe rf orm s  the sa me ope ration until the el em ents in  the  co llecti on t r aversal i s   compl e ted. Fina lly, the meth od of  statisti cs i s   use d  to cal c ul ate the final coordi nate s  of the unkno wn  node [17]-[1 9 ]     3.2. The algo rithm implementa tion pr ocess   Based o n  the  above pro p o s ed al gorith m s, t he implem entation ste p s  are a s  follo ws:   Step 1: Anchor  nod es p e riodi cally  send it info rmation  to other nod e within  the   comm uni cati on  scope. T h is info rmati on in clud es  ID n u mbe r , Coordi nate  po sition info rm ation   and so on. Each n ode  spread s in turn.   Step 2: Acco rding to  different an cho r  n ode s,  the un kno w n n ode  cla ssifie s  the  received   informatio n. Whe n   the   re ceived signal  excee d ce rtain th re shol d, the ave r ag e value  of  sa me  anchor n ode  RSSI is cal c u l ated.  Step 3: Acco rding to RSSI  from stro ng  to we a k  orde r, the mappin g  of RSSI value and   the di stan ce  between  un kno w n  no de  and  the  an cho r  n ode  is esta blished.  Particl e   swarm   optimizatio n algorith m  is u s ed to de rive a set of  anch o r nod es a d ja cent to the un kno w n n ode.    The an cho r  n ode set: B_se t = {b 1 , b 2 , …,  b m Step 4: Sele ct an  ancho r node i n  the  set, the di stance i s  m e asu r ed  by th e othe r   element s in the set. Then,  the maximum likeliho od method is u s ed to calculat e its coordina tes  (x i , y i ). Comp ared   with the  actu al  co ord i nates (x ri , y ri ),  obtaine d the erro r value   x i ( x i =x ri -x i ),  y i ( y i =y ri -y i ).  Step 5: Th e  co ordi nate s  of the u n kn own   nod e a r e obtain ed  b y  the sa me  method,  expre s sed a s : (x, y). According to the e r ror val ue fr o m  step 4, the  coo r din a te (x , y) is co rrect ed.   Then, the coo r dinate s  is o b t ained, expre s sed a s : (x ui , y ui ). Among them, x ui =x + x i y ui =y + y Step 6: Another elem ent in the set is taken to  do step  (4), until a col l ection iterate s  over.   Step 7: According to the  ob tained  coo r di nat e value  of the un kno w node, the  me thod of   statistics i s  u s ed to  cal c ul ate the finally  coo r di n a te v a lue of it. Th e co ordinate s  of the un kn o w node i s  expre s sed a s  the a v erage valu e.      4. The Simulation Results and An aly s is  Based on  co nventional RSSI  algorithm th is pape r p r opo se s a  RSSI node localizatio n   algorith m  based on co nstraint particl e swarm optimization. In orde to verify the  performanc e  of  the new  alg o rithm, sim u l a tion expe ri ment us es t he MATLAB 2012, which  provide s  wi rele ss  sen s o r  netwo rk  simulatio n  environm ent  for the simu lation experi m ents to hel p better an al ysis  res u lts.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 1, March 2 015 :  221 – 2 2 9   226 4.1. The algo rithm implementa tion pr ocess   In orde r to better test the perform an ce  of  the new algorith m , in the simulatio n  of the  actual  enviro n ment, wi rel e ss sen s o r  n e twork  nod e s  rand omly  deploye d  in  a network  re gion  [20],[21].  The expe rime ntal para m ete r  setting s are as follo ws:   (1) T he ra nge  of measu r ed  regio n : the sq uare a r e a  of 100m * 10 0m   (2) Th e total  numbe of no des is 10 0. A m ong  th em, t he a n chor no des are  re sp ectively  10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45,  and  50. The po si tions of the  unkno wn no des a r e rand omly  gene rated by  MATLAB 201 2. The simul a tion run s  100  times.   (3) Commu ni cation radiu s : Communi cation radi us  of node is 1 0 -10 0 m; the starting  value is set 50m.  (4) T he si mul a tion expe rim ent  usin g the  sha d o w ing  m odel which ha s refe ren c di stan ce  d 0 =1 an d P (d 0 ) = -40.   (5) G a u ssi an  distrib u tion varian ce x σ =2.   All the simula tion data are  averag e valu es, obtain ed throu gh ma ny simulatio n s.   Nod e  relative  positionin g  error can be  rep r e s ente d  by the deviation of estima ting the   positio n and t he actu al location. As sho w n in form ula  (12):     % 100 ) ( ) ( 2 2 R y y x x e r e r i                                                                                         (1 2)     Among them,  (x r , y r ) said t he a c tual no de po sition i n formatio n, (x e , y e ) rep r e s ents the  estimated n o de po sition in formation, R  said n ode  co mmuni cation  radiu s .   The average  locali zation  error rate is  expr e s sed a s  all node s averag e erro r rate. As   sho w n in formula (1 3):   n n i i 1                                                                                                                                                       (13 )     Among th em,  n  rep r e s ent s the  nu mbe r s of u n kno w n no de s,  δ  said  n e two r k averag locali zation e r ror  rate.       4.2. Influenci ng Factors   The pe rform a nce s  of two a l gorithm s on the  locatio n  error a r e ob se rved throug h numbe of anchor  no des, total n u m ber  of nod es a nd  com m unication  radiu s . In ord e r to imp r ov e the  simulatio n  a c curacy, thi s   pape r u s e s   statistical m e thod s. The  fol l owin g a r 1 00 me asure m ent  res u lts.     (1) Effect s of numbe r of an cho r  nod es o n  positio ning  pre c isi o n   Thro ugh  cha nging  the  nu mber of a n chor  nod es, t he different  effects  of two ki nd s of   algorith m  abo ut positionin g  erro r ca n be  obse r ved. T he an cho r  no de numb e r chang es fro m  10  to 50, and each in crea se  of 5. Co mpared the erro r rate of the two  algorithm s,  the result is as  s h ow n  in  F i gu r e  1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Recei v ed Signal Strength I ndicator Node Loca lization Algorithm  Based on .... (Songhao Ji a)  227   Figure 1. Effects of num ber of anc ho r no des o n  po sitioning p r e c isi o n       Figure 1  sho w s th at, in th e wh ole  wirel e ss sen s or n e twork, the t o tal numb e of node are fixed, the chang e of anch o no de s have ce rtain  degree of influen ce on the  positionin g  e rro r.  Overall,  with  the incre a se in the n u m ber  of  an chor  node s, t he po siti oni n g  accu ra cy  of th e   traditional  RS SI algorithm  and the PSO -RSSI algorit h m  co rresp ond ing in cre a se, and the  error  is  redu ce d. Co mpari ng the t w o curve s  in  the Figure  1,  in the pro c e ss  of increa sed from 1 0  to 50  anchor no de s, the PSO -RSSI algo rith m is bette r than th e o r ie ntation of th e commo RSSI  algorith m  wit h  high  a c curacy a nd lo error. T h is  sh ow th at the  PSO-RSSI al gorithm  improve s   positio ning a c curacy, re du ce the positio n i ng error fun c tion.   But more  th an a  ce rtain  ran ge, thi s   setting i s  n o t  too large  role. Thi s   sh ows that  positio ning  error chan ge  is  not obvio us,   whe n   a n chor  node are a d ded to  a  certa i n nu mbe r . T h is  time, location  erro r is not redu cing by si mply increa si ng the numb e r  of anchor n ode s.    (2) Effect s of total numbe r of node s on p o sitioni ng pre c isi o n   In the  co nditi on of  un cha n ged  of the  an cho r   nod es p r opo rtion  an d  the total  nu mber of  node s i n crea se s, the  pe rfo r man c e  of th e two  alg o rith ms  perfo rma n ce  a r as sh own  in  Figu re  2.   With the  nu mber of no d e s in crea se s,  it is  can   be  see n  fro m  th e Figu re  2 th at the po sitio n ing  errors of th two alg o rithm s   sho w  a  do wn ward tre n d .  Unde r th e same  con d itio ns, the  avera ge  positio ning error of PSO-RSSI algorithm is far le ss th an the origin al RSSI algorithm. With the  increa se of t he nu mbe r  o f  node s, nod e dist ri bution  is mo re  uniform a nd  rea s on able,  whi c h   redu ce s the i n fluen ce on t he accu ra cy of positioni ng       Figure 2. Effects of total nu mber of no de s on po sitioni ng pre c i s ion       0 1 2 3 4 5 6 7 10 15 20 25 30 35 4 0 45 50  numbe r of an chor n odes The positioning error/ m RSS PSO-RSSI 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100 1 3 0 1 60 190 2 20 250 Tot al nu mber  of  node s T he a verag e pos ition ing e rror % RS S I PSO - RSSI Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 1, March 2 015 :  221 – 2 2 9   228 (3) Effect s of comm uni cati on radi us o n  positio ning p r eci s ion   The g r eate r  t he ra diu s  of communi catio n  nod es,  cov e ring  more a n ch or n ode s,  and vice  versa. Th ere f ore, by cha nging the ra dius of  com m unication, its effect is observed o n  the  algorith m  of a v erage  po sitioning  error. I n  this exp e ri ment, the nu mber  of an ch or no de s is  fixed   value of 20, the other p a ram e ters are con s tant, and the com m unication radiu s  is the  only   cha nge qu a n tity. Communication ra d i us from 20 m accordi n g  to 5m each step until  the   comm uni cati on ra dius  of 50m, the effect of node co m m unication ra dius o n  the al gorithm of e r ror  is ob serve d . The re sult is  sho w n in Fig u re 3.       Figure 3. Effects of co mmu nicatio n  radi u s  on po sitioni ng pre c i s ion       It is shown t hat the com m unication  radius is   too large or  too small will  affect  the  positio ning e r ror.  When  co mmuni cation  radiu s  i s  35  meters, the positio ning e r ror i s  smalle st.  Therefore, a c cordi ng to the situatio n in pra c tical  appli c ation, the app rop r ia te sen s ors a r e   sele cted.  Un der th e same  con d ition s , the ave r age   l o cali zatio n  error  of the PS O-RSSI algorithm  is  signifi cantl y  less th an t he  RSSI algo rithm, th e  po sitionin g  a ccura cy i s   signi ficantly imp r o v ed.  This  sho w s th at the new al gorithm h a s b e tter perfo rm ance.  To su m up,  by chan gin g  numb e r of  anch o r n o d e s, total nu mber of n o d e s an comm uni cati on radi us, p e rform a n c e o f  PSO-RSSI  algorith m  is better than the origi nal RSSI  algorith m     5. Conclusio n   Due  to the i n fluen ce of  env ironm ent, the  traditi on al  RSSI method  of po sitioning  error is  large r . Beca use  only co nsid er a  sin g le refe re nce nod e, the  referen c e n ode d e ci de  the  coo r din a te of  unkno wn n ode s is to o l a rge. In o r d e r to solve this p r obl em,  this pa per  has  prop osed  RS SI node l o cali zation  alg o rit h m ba se d o n  con s trai nt  pa rticle swarm   o p timization. T h e   algorith m  is  mainly manif e sted in u s i ng the re fe rence nod es  to modify the locatio n  of the   unkno wn no d e . Particle swarm optimi z at ion algo rithm  is use d  to select an ch or  node s set ne ar   the un kn own  nod e. Th en  the m a ximu m likelihoo method  is u s ed to  locate  the  node,  a n d   corre c t the  m easure d   coo r dinate s . Each  referen c no de in th e set  can  affect the  coo r di nate s   o f   the unkno wn  node. Thu s ,  the influen ce of r and om  factors on  node p o sitio n ing is  red u c ed.  Simulation result s sh ow that the PSO-RSSI  alg o rithm is ind eed better t han the ori g inal  algorith m , red u ce s the po si tioning erro and imp r ove s  the positioni ng accu ra cy.      Ackn o w l e dg ements   This  work wa s su ppo rted  by the Educa t ion  Dep a rtm ent of Hena n  province sci ence and  techn o logy rese arch p r oj ect (1 2A520 0 33) an d He n an Provin ce  basi c  an d fro n tier technol ogy  resea r ch proj ect (11 230 04 1022 5).       0 1 2 3 4 5 6 20 25 30 35 40 45 50 co mm un ic at io ra d i u s Th pos it ion in g e rr or/ m RS SI   PS O- RSS I Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Recei v ed Signal Strength I ndicator Node Loca lization Algorithm  Based on .... (Songhao Ji a)  229 Referen ces   [1]   S El an go , N  Ma th i v an an , Pa nka j  G. R SSI Ba se d In do o r  Po si ti on  Mon i to rin g   U s i n g  WSN i n  a   Home  Automatio n  Ap plicati on.  Microprocess ors and Microsystems . 2011; 11( 4): 14-1 9 [2]   José AGM, Ana VMR, Enriq ue DZ , et al.  F i nger print Ind oor Positi on S y stem Bas ed.  Internatio na l   Journ a l of W i re less  Information Networks . 2013; 8(1): 37-4 4 .   [3]   F r ank V, Jo V,  Eric L, et a l . Automated  li n ear  re gressi on  tools im prov e  RSSI W S N lo calizati on  in   multip ath ind o o r  enviro n ment.  T he Journ a l of  Navig a tio n . 20 11; 201 1(1): 1- 27.   [4]   B y o u n g su  L, S eun g w o o  K. A  Stud y o n  the I m plem e n tatio n  of Home  W e ll ness R o b o t Sel f -Local izatio n   Using R SSI an d T r ilateration.  Appl ied Mec h a n ics an d Materi als . 201 4; 304 7(53 0): 107 8-1 081.   [5]   Gaddi  B, Brac ha  H, T a l A. E nha nc in RSSI-base d  tracki n g  acc u rac y   in   w i rel e ss s enso r  net w o rks.   ACM T r ansacti ons on Se nsor  Netw orks (T OSN) . 2013; 9(3 ) : 1-28.  [6]   A Lakshmi, S V  Manisek a ra n, R Venkate s an. F u zzified  D y n a mic Po w e r Co ntrol A l gorit hm F o r   W i reless Sens or Net w orks.  Internatio nal Jo u r nal of Eng i ne e r ing Scie nce a nd T e chn o lo gy . 2011; 3(4) :   302 3-30 28.   [7]   V Ravik u mar  P ,  Pani grah i BK.  An im prov ed  ada ptive  partic l e s w arm  o p tim i zatio n  a ppr oa ch for mu lti- moda l functio n  optimiz ation.  J ourn a l of Infor m ati on a nd Op timi z a t i o n  Scie nces . 200 8; 29 (2): 359-3 75.   [8]   Vlach o s A. Pa rticle S w a rm  Optimizatio n  ( PSO) techniq u e s solv ing  Eco nomic  Loa d D i s patch (EL D Probl em.  Journ a l of Statistics  and Ma na ge ment Systems . 2 008; 11( 4): 761 -769.   [9]   Chie-B ei n C, Kun-Sh an C, Chu ng-C h a ng L. Conv er gin g  linear p a rticle  s w arm o p timi zation a n d   intell ig ent ge ne tic algor ithm fo r a simpl e  mult i-ech e lo n distri butio n an d mul t i-prod uct inve ntor y  c ontro l   i n  a  su pp ly  chai n  mo de l .   Jour nal of Infor m ati on an d Optimi zation Sci enc es . 2009; 3 0 (6): 1 209- 123 9.   [10]   Mohamm ad R B Z b ign i e w  M ,   Xi ao do ng L. An  a nal ys is   of the v e l o cit y  u pdati n g  rul e   of the  partic l e   s w a rm optimiz ation a l g o rithm .   Journal of He uristics . 201 4; 20(4): 41 7-4 5 2 .   [11]   Dian P R , Siti  MS, Siti SY. Particle S w a rm Op timizatio n : T e chnique,  S y stem a n d  Chal len ges.   Internatio na l Journ a l of  Co mputer App lic ations . 201 1; 14( 1): 19-27.   [12]   Mohamm ed A B M, Borhan ud din MA,  Nor  KN, et al . F u zz y  L ogic B a se d Self-Ada ptiv e Han dov er  Algorit hm for Mobil e  W i MA X.  W i reless Pers o nal C o mmun ic ations . 20 13; 7 1 (2): 142 1-1 4 4 2 [13]   Yi P, Z hong J,  Shi J. Optimiz a tion  of MDS- base d  it erativ e  local i zati on a l gorithm for  w i r e less s ensor   net w o rks.  Sen s ors and Micr o systems . 20 10;  12: 35-37.   [14]   Del VY, Ven a y a gam oorth GK, et al. Particle S w a rm Optimizati on: Ba sic Conc epts, Varia n ts an d   Appl icatio ns in  Po w e r S y stem s.  Studies in C o mputati o n a l Intelli ge nce . 20 08; 12(2): 1 71- 195.   [15]   W ade R, Mite hel W ,  Peter F .   T en emergi ng te chn o l ogi e s  that  w i l l  cha nge the  w o rl d.  T e chnol ogy   Review . 200 3; 1(10 6): 22-4 9 [16]   SB Kot w al, Shekhar V, RK A b rol. RSSI WS N localiz ation  w i t h  An al ysis  o f  Energ y  C ons umptio n an d   C o mmu ni ca tion Internatio nal  Journa l of Co mp uter App lica t ions . 201 2; 50 (11): 11-1 6 [17]   Karaboga D, Basturk B. On  the Performa nc e of Artifical B ee col o n y  (AB C ) Algorit hm.  Appl ied S o ft  Co mp uting . 2 0 08; 1(8): 68 7-6 97.   [18]   Simon  K, Miran B, Joz e  B, I s ak  K. Pro g ra mming  of CN C Mil lin g Mac h in es Us ing  P a rticle S w a r m   Optimization.  Materials and Manufactur i ng Processes . 20 13; 28(7): 8 11- 815.   [19]   Salvator e D. Evalu a ting r e li ab ilit y   of WS w i t h  slee p/ w a k e -u p interferi ng n o des.  Internati o nal Jo urn a l   of Systems Sci ence . 20 13; 44 (10): 179 3-1 8 0 6 [20]   Sashi gara n  S. H y brid  Rad i o  and Optic a Commun i cati o n s for Ener g y -efficient W i rel e ss Sens or   Net w orks.  IET E  Journa l of Researc h . 201 1; 57(5): 399- 40 6.  [21]   Gaddi B, Ami L. Human Bo d y  Parts T r acking an Kin e matic F eatures  Assessment B a sed o n  RSSI  and Inerti al Se nsor Meas ure m ents.  Sensor s . 2013; 13( 9): 112 89-1 1 3 13.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.