基于移动锚节点的无线传感器网络定位技术研究

论文摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)通过引入网络技术使具有数据采集能力、信息处理能力和无线通信能力的传感器节点不再是单个的感知单元,而是能够交换信息、协调控制的有机结合体。无线传感器网络已成为一种全新的信息获取、处理、传输和控制系统,并在军事、工业、商业、医疗、环境监测等领域有着广阔应用前景。无线传感器网络广泛应用在环境恶劣、不可到达区域,实现监测与跟踪任务。在这些应用中,节点的位置信息起到很重要的作用,因此,对节点自身定位方法的研究具有重要的理论意义和极强的实用价值。本文在详细分析现有定位算法的基础上,重点对基于移动锚节点的无线传感器网络节点定位算法和移动锚节点路径规划方法进行了研究。首先,在查阅大量相关文献的基础上,本文综述了无线传感器网络技术在国内外的研究现状,介绍了无线传感器网络定位计算方法和定位算法分类方法,并详细分析了近年来该领域具有代表性的算法和研究成果。其次,考虑到无线传感器网络中的节点是随机部署在二维空间内的特定应用环境中,移动锚节点利用周围节点信息进行动态路径规划是一个重要研究方向。本文针对静态路径规划缺少灵活性的缺点,提出了一种禁忌搜索动态路径规划方法,通过仿真分析验证了该方法在节点非均匀分布情况下的有效性。然后,研究分析了基于半定规划的定位模型,仿真分析了该研究领域内主要算法的定位性能。针对集中式半定规划定位算法存在计算复杂度大的问题,本文重点探讨了一种基于多功率移动锚节点的分布式半定规划定位算法,仿真结果表明该算法可以大大减小算法的计算复杂度。最后,通过分析研究近年来移动锚节点辅助定位领域内的研究成果,本文提出了一种基于移动锚节点结合正三角形路径的多坐标系定位算法,结合正三角形路径,该算法可以取得很好的定位性能。在研究一种分布式移动锚节点辅助定位算法的基础上,针对该算法存在依赖直线移动路径的缺点,结合动态路径规划,提出了一种改进的分布式多功率移动锚节点辅助定位算法。仿真结果表明,改进算法在网络节点非均匀分布和网络区域存在障碍物的情况下可以取得比原算法更好的定位性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究内容与组织结构
• 第2章 基于移动锚节点的无线传感器网络定位技术
• 2.1 无线传感器网络节点定位的基本原理
• 2.1.1 基本概念与术语
• 2.1.2 距离和角度测量技术
• 2.1.3 节点定位计算方法
• 2.2 无线传感器网络自定位算法分类
• 2.3 基于移动锚节点的定位算法分类介绍
• 2.3.1 基于RSSI测距的定位算法
• 2.3.2 基于TDOA、TOA测距的定位算法
• 2.3.3 基于AOA的定位算法
• 2.3.4 基于非测距技术的定位算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 移动锚节点路径规划技术研究
• 3.1 典型规划路径分析
• 3.2 禁忌搜索路径规划
• 3.2.1 禁忌搜索路径规划
• 3.2.2 仿真结果与分析
• 3.3 高斯-马尔科夫移动模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于移动锚节点的半定规划定位算法
• 4.1 半定规划在无线传感器网络定位中的应用
• 4.1.1 基于测距的半定规划定位方法
• 4.1.2 分布式无需测距半定规划定位方法
• 4.1.3 集中式半定规划定位算法性能对比
• 4.2 多功率移动锚节点辅助的分布式节点定位方法
• 4.2.1 多功率移动锚节点
• 4.2.2 定位算法的基本思想
• 4.3 仿真与性能分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于多功率移动锚节点的定位算法
• 5.1 基于多功率移动锚节点的多坐标系定位算法
• 5.1.1 定位算法的基本思想
• 5.1.2 仿真与性能分析
• 5.2 基于多功率移动锚节点的分布式定位算法
• 5.2.1 定位算法的基本思想
• 5.2.2 仿真与性能分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文