传感器网络定位技术的研究与实现

论文摘要

近几年来,传感器网络定位技术受到了国内外研究者的极大关注。目前对定位算法的评估多采用仿真模拟的形式,将一些网络环境量化后,再利用仿真工具进行分析与设计。然而仿真模拟存在一些局限性,无法兼顾网络中可能存在的所有情况,因此本文所提出的定位算法都将在实际的节点硬件环境中实现,从而能够更加合理地对算法的性能进行评估。本文首先设计了一个与传感器网络定位技术相关的通信协议,该协议可以有效减少网络中数据传输量,从而延长网络生存周期。并提出了加权质心算法,该算法通过加权因子来体现不同距离的信标节点对待定位节点位置的影响程度,以提高定位精度,具有简单易实现、通信次数少等优点。其次,提出了两种基于跳数的定位算法:DHE算法及EBDL算法。前者仅根据网络的连通性和距离矢量信息的交换,就可计算出节点自身的位置;后者是一种典型的分布式定位算法,具有计算量小、能源消耗低的特点。再次,提出了基于簇的传感器网络定位算法(CBSL)和基于拓扑结构的传感器网络定位算法(TBSL)。前者能够有效地抑制误差传播和误差累积,具有较好的定位精度;后者通过对一些本质上不能定位节点的识别并定位,来提高网络的定位覆盖率。最后,本文在真实的硬件平台上实现了一个节点定位原型系统,对影响定位算法的主要性能指标进行评估,并对本文中所提出的算法性能进行综合分析。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 无线传感器网络概述
• 1.2.1 无线传感器网络的体系结构及特点
• 1.2.2 无线传感器网络的研究现状
• 1.3 无线传感器网络节点定位技术
• 1.3.1 定位问题概述
• 1.3.2 定位算法分类及典型的自定位系统
• 1.3.3 定位性能评价指标
• 1.3.4 国内外研究现状
• 1.4 本文的贡献
• 1.5 论文结构
• 第2章 加权质心定位算法
• 2.1 引言
• 2.2 设计与定位技术相关的通信协议
• 2.3 加权质心定位算法
• 2.3.1 质心定位算法
• 2.3.2 加权质心定位算法描述
• 2.3.3 加权质心定位算法实现
• 2.4 实验结果与性能分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于跳数的传感器网络定位算法
• 3.1 引言
• 3.2 DHE 算法
• 3.2.1 研究背景
• 3.2.2 DHE 算法介绍
• 3.2.3 DHE 算法实现
• 3.2.4 算法性能比较与实验结果分析
• 3.3 基于能量的分布式定位算法
• 3.3.1 研究背景
• 3.3.2 EBDL 算法介绍
• 3.3.3 EBDL 算法实现
• 3.3.4 算法性能比较与实验结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于簇的传感器网络定位算法
• 4.1 问题的引入
• 4.1.1 定位精度问题
• 4.1.2 误差传播和误差累积问题
• 4.2 CBSL 定位算法
• 4.2.1 CBSL 算法描述
• 4.2.2 CBSL 算法实现
• 4.3 实验结果及性能评价
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于拓扑结构的传感器网络定位算法
• 5.1 问题的引入
• 5.1.1 不可定位节点问题
• 5.1.2 定位覆盖率问题
• 5.1.3 拓扑结构变化问题
• 5.2 TBSL 定位算法
• 5.2.1 TBSL 算法描述
• 5.2.2 TBSL 算法实现
• 5.3 实验结果及性能评价
• 5.4 本章小结
• 第6章 节点定位原型系统实现
• 6.1 节点硬件环境
• 6.2 操作系统与开发语言
• 6.2.1 TinyOS 操作系统
• 6.2.2 nesC 开发语言
• 6.3 节点通信机制
• 6.4 节点核心结构
• 6.4.1 数据包结构
• 6.4.2 程序的变量说明
• 6.4.3 组件模块配置
• 6.5 定位系统性能评估
• 6.5.1 测距误差对节点定位的影响
• 6.5.2 节点密度对节点定位的影响
• 6.5.3 信标节点比率对定位的影响
• 6.5.4 算法性能的综合分析
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文