无线传感器网络节点定位算法研究

论文摘要

无线传感器网络是综合了传感器、嵌入式计算、网络及无线通信等技术的一种全新信息获取和处理技术。无线传感器网络的大量应用都依赖于节点的位置信息,如战场侦察、生态环境监测、目标跟踪以及现场监控等应用中,都需要先知道传感器节点的位置信息。因而,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重要支撑技术之一。本文探讨了大规模、自组织无线传感器网络实现节点定位的问题。阐述了选题的背景及意义,综述了无线传感器网络的节点定位算法的研究进展,针对无线传感器网络拓扑结构特点及经典无须测距定位方法的局限性,改进了分布式的多跳导标节点定位方法（Multi-Hop Beacon Based Localization,简称MHB定位方法）, MHB算法分为两个步骤:一是参与定位计算的导标节点（以下称“定位导标节点”）集的选择,二是基于权值的未知节点位置估算。本文提出了用Dijkstra算法选择参与定位的导标节点集,替代原有的邻居导标节点选择策略,可以降低传感器网络的能耗,使邻居导标节点更加优化,从而降低误差。改进后的MHB算法具有很好的自适应性、分布性和可扩展性,特别是在计算复杂度及定位精度鲁棒性等方面表现出了很好的性能。论文最后总结了所作的工作,并就进一步的研究方向进行了简单探讨。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 技术背景与应用意义
• 1.2 国内外无线传感器网络应用现状
• 1.3 研究课题的内容和方向
• 1.4 本文的内容与结构
• 第二章 无线传感器网络系统概述
• 2.1 无线传感器网络的体系结构及特点
• 2.2 传感器网络节点结构
• 2.3 无线传感器网络中的关键要素
• 2.3.1 嵌入式操作系统
• 2.3.2 网络协议
• 2.3.3 网络安全
• 2.3.4 定位技术
• 2.4 无线传感器网络应用领域
• 2.4.1 军事领域
• 2.4.2 农业领域
• 2.4.3 环保监测
• 2.4.4 建筑领域
• 2.4.5 医疗监护
• 2.4.6 其他用途
• 2.5 本章小结
• 第三章 无线传感器网络定位技术
• 3.1 无线传感器网络节点分类
• 3.2 无线传感器网络定位技术分类
• 3.2.1 基于测距Range-based的定位和非测距的定位
• 3.2.2 符号定位与物理定位
• 3.2.3 绝对定位与相对定位
• 3.2.4 紧密耦合定位与松散耦合定位
• 3.2.5 集中式计算定位与分布式计算定位
• 3.2.6 粗粒度定位与细粒度定位
• 3.2.7 递增式的定位算法和并发式的定位算法
• 3.3 基于测距技术的定位算法分析
• 3.3.1 三角测量法
• 3.3.2 三边测量法
• 3.3.3 极大似然估计法
• 3.4 基于非测距技术的定位算法分析
• 3.4.1 质心算法
• 3.4.2 DV-Hop定位算法
• 3.4.3 Amorphous定位算法
• 3.4.4 MDS-MAP定位算法
• 3.4.5 APIT定位算法
• 3.5 无线传感器网络定位算法的性能评价
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于Dijkstra算法实现导标节点集的MHB算法
• 4.1 MHB定位原理
• 4.1.1 邻居导标节点产生策略——Dijkstra算法
• 4.1.2 Dijkstra算法具体步骤
• 4.1.3 基于权值的未知节点位置估算方法
• 4.2 算法的实现及性能分析
• 4.3 仿真与评估
• 4.3.1 仿真平台——OMNeT++
• 4.3.2 仿真实验设计
• 4.3.3 仿真结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文的主要工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果