无线传感器网络自定位算法的研究

论文摘要

无线传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术,应用领域广泛,如外部目标的定位和追踪,为网络提供命名空间,报告网络的覆盖质量,实现网络拓扑的自配置等,而网络自身定位是这些应用的基础。尽管密集部署是无线传感器网络的特点之一,但总会有一些不可达或连通度较低的未知节点存在,如何最大限度提高这些节点的定位精度是目前WSN定位领域的一个难题。本文对中、低密度网络下节点的定位问题进行了研究。针对目前大多数算法在中、低密度网络下定位误差较大,且易受网络拓扑变化影响的缺陷,本文在DV-HOP算法的基础上提出了WSADH算法,假设节点采用自由空间电波传播模型,采用加权平均的思想,利用跳数间的关系动态确定权重比例来计算平均每跳距离,同时本文采用选择信标节点的策略,选择三个信标节点的最优组合,利用三边测量法计算未知节点的位置,并作为迭代求精阶段的初始估计位置。该算法减小了利用单个信标节点估计每跳距离所带来的误差,增强了算法的稳定性,减少了迭代次数,提高了较低密度下未知节点的定位精度。WSADH算法和DV-HOP算法一样需要引入两次消息的洪泛传播,为降低通信开销,本文提出了一种基于节点密度的DADHL算法,根据Kleinrock-Silvester公式估算每跳间距,利用加权平均的思想和选择信标节点的策略来估计节点位置。DADHL算法将最短路径形成和节点间距离估计过程集成为一次洪泛传播,减小了通信开销,并利用迭代求精进一步提高了未知节点的定位精度。本文利用OMNeT++仿真工具,分析了WSADH算法和DADHL算法的定位性能,仿真结果表明:利用WSADH算法和DADHL算法进行节点定位,提高了定位精度,达到了预期的效果。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文结构
• 第二章 无线传感器网络节点定位技术
• 2.1 定位技术简介
• 2.2 定位算法性能评价标准
• 2.3 定位算法的分类
• 2.3.1 物理定位与符号定位
• 2.3.2 绝对定位与相对定位
• 2.3.3 紧密耦合与松散耦合
• 2.3.4 集中式计算与分布式计算
• 2.3.5 基于测距技术的定位与无需测距技术的定位
• 2.3.6 粗粒度与细粒度
• 2.3.7 三角测量、场景分析和接近度定位
• 2.4 Range-based的典型定位算法
• 2.4.1 基于TOA的定位
• 2.4.2 基于TDOA的定位
• 2.4.3 基于AOA的定位
• 2.4.4 基于RSSI的定位
• 2.5 Range-free的典型定位算法
• 2.5.1 质心算法
• 2.5.2 DV-HOP算法
• 2.5.3 Amorphous定位算法
• 2.5.4 APIT定位算法
• 2.6 定位算法分析
• 2.6.1 Range-base定位算法的分析
• 2.6.2 Range-free定位算法的分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于DV-HOP的WSADH定位算法
• 3.1 DV-HOP算法分析
• 3.2 WSADH算法
• 3.2.1 WSADH算法的理论基础
• 3.2.2 WSADH算法的实现步骤
• 3.3 仿真实验及性能分析
• 3.3.1 OMNeT++仿真软件简介
• 3.3.2 仿真环境设置
• 3.3.3 仿真结果与分析
• 3.4 WSADH算法的改进及推广
• 3.4.1 WSADH算法的改进
• 3.4.2 三维空间中的WSADH算法
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于节点密度的DADHL算法
• 4.1 DADHL算法
• 4.1.1 DADHL算法的研究背景
• 4.1.2 DADHL算法的理论基础
• 4.1.3 加权平均节点跳距
• 4.2 DADHL算法的具体实现
• 4.2.1 DADHL算法的实现步骤
• 4.2.2 DADHL算法实现流程
• 4.3 DADHL算法仿真及性能分析
• 4.3.1 定位比例
• 4.3.2 定位误差
• 4.3.3 通信开销
• 4.4 DADHL算法的改进及推广
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 存在问题
• 5.3 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢
• 附录A
• 附录B