无线传感器网络定位算法的研究

论文摘要

无线传感器网络集中了微机电技术、感知技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术。无线传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术,能够广泛应用在国防军事、环境监测、医疗卫生、空间探索及反恐抗灾等许多领域,被认为是二十一世纪最重要的技术之一。节点定位问题是传感器网络进行目标识别、监控、跟踪等众多应用的前提,也是无线传感器网络研究中的热点问题之一。现有的定位算法大致可分为两类：基于测距的定位算法和无需测距的定位算法。本文的研究工作围绕着无线传感器网络自身定位算法这一崭新的课题进行的,本文的主要工作与结构如下：首先,本文在查阅大量相关文献的基础上,综述了基于无线传感器网络定位技术的国内外研究现状。介绍了无线传感器网络定位算法的性能评价,着重综述了近年来该领域具有代表性的算法的原理和特点。其次,分别以传统的质心算法和Bounding Box算法为基础,融入了数学形态学的开运算和二跳信息理论,设计出一种新的定位算法,对其核心思想和算法进行讨论。本文中提出的基于开运算的质心算法,通过适当改善传统质心定位算法的定位机制,利用开运算之后各个锚节点收敛到质心的幅度大小和收敛方向的不同,达到了提高定位精度的目的。基于二跳的Bounding Box算法,则利用二跳范围内的锚节点信息,增加了未知节点的约束条件,减少了未知节点可能出现的区域,由此来达到提高定位精度的目的。然后,用MATLAB分别对以上两种算法做了仿真与分析。仿真分析得到,算法是可行的,并且有效的。但两种算法在某些局部定位上会出现放大定位误差的现象,可是考虑到出现这种特殊情况的概率较小,因此不会对提高全网节点的定位精度产生影响。最后,对本文做了总结,并对无线传感器网络定位技术做了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 课题的提出
• 1.3 本文主要工作与章节安排
• 第二章 预备知识
• 2.1 无线传感器网络概述
• 2.1.1 无线传感器网络的体系结构
• 2.1.2 无线传感器网络的特点
• 2.1.3 无线传感器网络研究中的关键性技术
• 2.1.4 无线传感器网络的应用
• 2.2 节点定位技术
• 2.2.1 节点定位计算方法
• 2.2.2 定位算法的评价标准
• 2.2.3 基于测距的定位算法
• 2.2.4 无需测距的定位算法
• 2.3 二值数学形态学基本运算
• 2.3.1 腐蚀运算
• 2.3.2 膨胀运算
• 2.3.3 开运算
• 2.3.4 闭运算
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于开运算的质心定位算法
• 3.1 基本概念
• 3.2 质心定位算法分析
• 3.2.1 加权质心定位算法
• 3.2.2 多跳质心定位算法
• 3.2.3 质心定位算法的误差分析
• 3.3 基于开运算的质心定位算法
• 3.3.1 算法的提出
• 3.3.2 算法的描述
• 3.3.3 替代收敛点机制
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于二跳的Boun ding Box定位算法
• 4.1 Bounding Box定位算法分析
• 4.2 基于二跳的Bounding Box定位算法
• 4.2.1 算法的提出
• 4.2.2 算法的描述
• 4.3 本章小结
• 第五章 仿真与分析
• 5.1 仿真工具简介
• 5.2 基于开运算的质心定位算法的仿真与分析
• 5.2.1 MATLAB数学形态学操作
• 5.2.2 算法的仿真
• 5.2.3 参数的分析
• 5.3 基于二跳的Bounding Box定位算法的仿真与分析
• 5.3.1 算法的仿真
• 5.3.2 参数的分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文