无线传感器网络中自定位算法的研究

论文摘要

无线传感器网络被认为是21世纪最重要的技术之一,在军事、环境、工业等领域具有相当广阔的应用。传感器节点的定位技术因其在无线传感器网络中发挥着重要作用而尤为受到关注。本文针对此领域的问题,通过对已有典型定位算法的定量分析比较,提出了一种基于DV-Hop的改进定位算法。虽然DV-Hop算法免测距,这在一定程度上节省了硬件开销,但它存在定位精度不高,覆盖率不广的缺点,针对这个缺陷,本文首先提出了一种按节点优先级进行定位并升级为新锚节点的改进算法。该算法是从第二轮次开始增加一次新锚节点广播,由各未知节点根据自身所收到的新旧锚节点广播的多少来确定其优先级,选择该轮次中优先级最高的节点按DV-Hop算法实现定位并升级为新锚节点;同时,建立了利用两个锚节点和一个连通限制条件的算法模型。仿真结果表明,该改进算法一定程度上提高了定位精度和覆盖率。针对DV-Hop算法中存在的误差累积问题,本文又提出了一种利用加权最小二乘估计来改进算法的策略。即根据每个锚节点的位置精度,对于升级为锚节点的节点赋予其一个合理的权值,该权值用于形成加权矩阵,在下一轮定位计算过程中,使用加权最小二乘算法进行节点位置计算。通过实验表明,该方法在降低误差累积,提高定位精度上确实有效可行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的内容安排
• 第二章 无线传感器网络的自定位技术
• 2.1 定位技术分类
• 2.2 基于测距的定位技术
• 2.2.1 三边测量定位
• 2.2.2 三角测量法
• 2.2.3 最大似然估计定位
• 2.3 距离无关的定位算法
• 2.3.1 质心定位算法
• 2.3.2 DV-Hop算法
• 2.3.3 不定形（Amorphous）定位算法
• 2.3.4 APIT算法
• 2.3.5 凸规划定位算法
• 2.3.6 MDS-MAP定位算法
• 2.4 定位性能评价指标
• 2.4.1 定位精度
• 2.4.2 锚节点密度和节点密度
• 2.4.3 功耗与代价
• 2.4.4 容错性和自适应性
• 2.4.5 其它相关评价指标
• 2.5 Range-free定位算法的比较
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于节点优先级控制的DV-Hop算法改进
• 3.1 传统的DV-Hop定位算法
• 3.2 改进的DV-Hop定位算法
• 3.2.1 算法改进的基本思想
• 3.2.2 算法的描述
• 3.3 节点定位的覆盖率问题
• 3.3.1 现有节点的定位算法覆盖率
• 3.3.2 利用两个锚节点定位的方案
• 3.3.3 节点定位方案的框架
• 3.4 仿真与分析
• 3.4.1 锚节点比率的实验分析
• 3.4.2 传感器通信半径R的实验分析
• 3.4.3 网络连通度的实验分析
• 3.4.4 广播时间t的实验分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于加权最小二乘估计的DV-Hop算法改进
• 4.1 节点定位过程中的误差累计问题
• 4.2 加权最小二乘估计的基本原理
• 4.3 加权最小二乘估计定位
• 4.4 算法基本思想
• 4.5 加权定位算法的仿真
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 论文小结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果