论文摘要
无线传感器网络主要用于感知,监测网络覆盖区域中的各种环境参数。近年来随着无线传感器网络软硬件技术的发展,无线传感器网络已逐渐从理论研究走向实际应用。无线传感器网络在工业控制,农业生产,环境监测,军事国防等方面,都有着巨大的应用潜力。节点定位是无线传感器网络的关键和支撑技术之一,许多应用都跟节点位置息息相关,同时节点定位还为无线传感器网络的其他理论和技术如基于位置的路由,跟踪,监测等提供基础。开展对无线传感器网络节点定位的研究,具有十分重要的理论和现实意义。本文首先对无线传感器网络的概念、特点和体系结构等进行简要的介绍,然后重点分析对比了当前节点定位的主要算法及其优缺点。在总结当前定位算法存在问题的基础上,本文提出了一种环境感知的节点测距方法EAM(Environment Aware Node Distance Measure Method)。EAM测距方法使用接收信号强度指示进行测距,该方法首先根据导标节点之间的相互关系,将网络覆盖区域划分为若干子区域,然后再通过导标节点之间的相互协作,分别确定出无线信号在不同子区域环境下具体的传播损耗模型,针对不同的子区域,分别选择相应区域下的信号传播模型将接收信号强度指示转化为距离信息,从而克服了网络覆盖区域中不同子区域信号传播模型的差异对距离测量的影响。为了检验EAM方法的性能,我们在Matlab平台上对该方法进行了仿真。仿真结果表明,与通常的距离测量方法相比,EAM能提高平均测距精度约15%-30%。在EAM方法中,未知节点根据自身所处的区域,选择相应区域的信号传播模型作为其信号传播模型,从而进行测距定位。在此过程中,未知节点区域的选择对测距和定位的精度有着较大影响。基于此,本文分别给出了四种不同的区域选择法并从数学角度分析了区域选择的一般原则。在基于接收信号强度指示进行测距的定位算法中,障碍物对测距精度有较大的影响。EAM方法的提出,为某些特殊情况下的障碍物分析提供了可能,本文分别针对三种情况下的障碍物进行了分析。通过对障碍物的分析,可以进一步提高EAM方法的测距精度。最后,本文给出了基于EAM的定位系统的设计与实现,并在实验室环境下测试了基于EAM的系统与基于通常测距方法的系统的定位误差。实验结果表明,基于EAM方法的定位系统能提高定位精度约20%,平均定位误差在30%以内,能满足绝大部分无线传感器网络对节点定位精度的要求。
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标签:无线传感器网络论文; 节点定位论文; 接收信号强度指示论文; 环境感知论文;