无线感应网—分布式定位算法研究

论文摘要

集成了传感器、微机电系统和网络三大技术而形成的无线感应网是一种全新的信息获取和处理技术。本文在简要介绍无线感应网体系结构的基础上,分析和展望了一些有价值的应用领域。作为一种全新的信息获取和处理技术,无线感应网可以在广泛的应用领域内实现复杂的大规模监测和追踪任务,而网络自身定位正是大多数应用的基础。无线感应网中节点的自身定位是无线感应器网络研究中的一个极为重要的部分。在小型的无线感应器网络中,所有的节点可以人工布置,并实现手动定位。然而随着节点数目的增加,这种方法就很难实现了。目前可行的方案是只有一部分节点借助GPS(全球定位系统)拥有自身定位能力,而其他的节点根据这些节点的坐标信息,通过计算来实现自身的定位。本文概述了无线感应网自身定位系统和算法,及其性能评价标准和分类方法,研究了近年来该领域具有代表性的算法及系统的原理和特点。根据凸规划区域约束的思想,提出一个分布式的无线感应网自身定位算法。在这个算法中,在一个仅有小部分锚节点(10%)的无线感应网环境中,95%以上没有硬件定位能力的普通节点,可以通过收集周围节点的位置信息来估算自身的位置。针对精度不足和计算量大的问题,再进一步优化了算法,提出了可信度等级概念,并采用了延时定位和近似缩减,从而有效的减少了运算,改进了精度。最后通过仿真环境模拟了算法,并与凸规划算法进行分析对比。本文还提出了一个适用于长期监测环境的动态无线感应网拓扑结构,并将RR算法和凸规划算法分别运用到这个网络中,通过实验数据再次验证了RR算法的性能优于凸规划算法。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1. 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.3 选题意义及国内外研究现状
• 1.4 本文的主要研究工作及创新
• 1.5 论文的研究内容和结构
• 1.6 本章小结
• 2. 第二章 无线感应网及其自身定位系统研究
• 2.1 无线感应网介绍
• 2.1.1 无线感应网研究中的热点问题
• 2.1.2 无线感应网的特点和挑战
• 2.1.3 无线感应网的的性能评价
• 2.2 无线感应网中的定位
• 2.2.1 定位方式介绍
• 2.2.2 无线感应网自身定位系统的性能评价
• 2.3 典型的自身定位系统与算法
• 2.3.1 Cricket 定位系统
• 2.3.2 SPA 相对定位算法
• 2.3.3 凸规划定位算法
• 2.3.4 APS 算法
• 2.3.5 Cooperative ranging 和Two-Phase positioning 定位算法
• 2.3.6 Generic Localized 算法
• 2.3.7 MDS-MAP 定位算法
• 2.4 各算法对比分析
• 2.5 本章小结
• 3. 第三章 分布式动态定位算法（RR 算法）
• 3.1 引言
• 3.2 定位原理介绍
• 3.2.1 网络模型
• 3.3 定位的流程
• 3.3.1 锚节点工作流程
• 3.3.2 普通节点工作流程
• 3.4 定位算法的实现
• 3.4.1 一点定位
• 3.4.2 二点定位
• 3.4.3 多点定位
• 3.4.4 算法复杂度
• 3.5 算法的优化与改进
• 3.5.1 可信度等级
• 3.5.2 延时定位
• 3.5.3 近似缩减
• 3.6 RR 算法实验与分析比较
• 3.6.1 定位模拟
• 3.6.2 平均连通度的影响
• 3.6.3 锚节点比例的影响
• 3.6.4 延时定位的效果
• 3.7 与凸规划算法的比较
• 3.7.1 RR 算法的优势
• 3.8 本章小结
• 4. 第四章 RR 算法在动态无线感应网中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 RS 网络结构介绍
• 4.3 RS 网络工作原理
• 4.3.1 网络的初始化
• 4.3.2 节点的吸收和替换
• 4.3.3 网络动作流程
• 4.3.4 头节点工作流程
• 4.3.5 从节点的工作流程
• 4.3.6 子网间的通讯
• 4.4 RR 算法的运用
• 4.4.1 定位的初始化
• 4.4.2 节点的更新中的定位实现
• 4.4.3 网络的动态定位实现
• 4.4.4 RR 算法的定位优势
• 4.5 网络的仿真和对比
• 4.5.1 定位新投入的节点
• 4.5.2 全网重新定位
• 4.6 本章小结
• 5. 第五章 结论与未来的工作
• 5.1 结论
• 5.1.1 创新点
• 5.2 未来的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士阶段发表的论文