无线传感器网络中一种混杂式定位系统的设计与实现

论文摘要

微机电系统、射频通信技术和网络技术的不断进步促进了无线传感器节点向微型化、智能化和多功能化的方向发展,使得无线传感器网络具有广阔的发展空间和巨大的应用价值。目前无线传感器网络技术已引起各国政府、工业界和学术界的极大关注,成为当前信息领域研究和开发的热点,广泛应用于军事、环境监测、医疗护理、交通控制等领域。位置信息在无线传感器网络的诸多应用中至关重要,传感器节点收集的物理信息只有结合位置信息才有意义:除此之外位置信息还有助于提高路由效率、改善覆盖质量等。因此,本论文围绕无线传感器网络定位技术展开研究。论文首先综述了无线传感器网络的研究背景,描述了传感器网络中定位技术的分类及典型定位技术的一般模型,然后着重分析了适用于工程实现的定位技术的特点,并提出了混杂式定位系统的设计模型。混杂式定位系统由粗粒度定位系统和精细粒度定位系统组成。粗粒度定位系统利用接收信号强度作为判定依据,估计待测位置节点所位于的区域,而不是具体的坐标值。充分考虑到定位精度的需求和系统能耗的均衡,结合粗粒度定位系统估计的区域,由精细粒度定位系统对定位结果进行优化。精细粒度定位系统采用图像定位的方法,由该区域内锚点启动图像传感器,获取待测节点周围环境的图像,实现二值化和连通域着色,通过标定过程中已经求解的图像平面与现实世界平面的映射矩阵,获得待测节点的位置坐标。随后,论文给出了无线传感器网络混杂式定位系统的详细测试结果,并针对实际调试中出现的问题提供了可行的解决方案。测试证明,混杂式定位系统在定位精度和能耗方面具有较大的优势。最后,对论文所做的工作进行总结,并对下一步工作提出改进建议。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 定位过程概述
• 1.2.2 定位过程的基本方法
• 1.2.3 定位过程分类
• 1.3 选题意义
• 1.4 主要工作及论文结构
• 2 粗粒度定位系统的设计与实现
• 2.1 基本描述
• 2.2 验证性实验
• 2.3 粗粒度定位系统
• 2.3.1 基本原理
• 2.3.2 粗粒度定位系统定位过程
• 2.3.3 粗粒度定位系统的数据结构
• 2.3.4 粗粒度定位系统总结
• 3 精细粒度定位系统的设计与实现
• 3.1 基本原理
• 3.2 系统硬件环境
• 3.2.1 处理器硬件环境
• 3.2.2 图像传感器
• 3.2.3 红外发光管和红外滤光片
• 3.3 软件环境
• 3.3.1 系统启动过程
• 3.3.2 交叉编译环境
• 3.3.3 OpenCV
• 3.4 精细粒度定位系统的定位过程
• 3.4.1 标定
• 3.4.2 待测位置节点定位
• 4 实验与性能分析
• 4.1 混杂式定位系统的部署及分析
• 4.2 粗粒度定位系统的调试与运行
• 4.2.1 实验拓扑及编译环境
• 4.2.2 实验结果分析
• 4.3 精细粒度定位系统的调试与运行
• 4.3.1 实验场景及调试环境
• 4.3.2 定位结果分析
• 5 结论与展望
• 参考文献
• 附录A
• 作者简历
• 学位论文数据集