无线传感器网络未知节点定位算法的研究

论文摘要

无线传感器网络是指通过飞行装置或者人为部署方式将大量的传感器节点抛洒在感兴趣的区域,节点通过自组织快速形成无线网络。其目的就是通过节点间的协作来感知、采集和处理在特定区域内获得的信息,并发送给观察者。无线传感器网络的应用前景十分广泛,能够应用在军事国防、环境监测、危险区域的远程控制等方面。作为无线传感器网络的关键技术---定位技术直接决定了整个无线传感器网络的质量。节点定位技术也是目前研究无线传感器网络的主要方向。在实际应用过程中,无线传感器网络节点工作在三维环境中,本文以二维DV-Hop算法和DV-Distance算法为基础,将其应用在三维空间未知节点的定位过程中并加以改进。主要工作如下:（1）针对DV-Hop算法,通过选取处于仿真环境外围的8个锚节点,计算外围锚节点之间的平均每跳距离代替原算法中所有锚节点参与计算平均每跳距离的方式,以提高平均每跳距离的合理性。对未知节点初步定位后,应用设计的位置校正方法达到降低未知节点定位误差的目的。（2）针对DV-Distance算法中用折线距离代替直线距离造成了节点间距离估计误差过大的问题,通过选择边界锚节点,并计算他们之间的实际距离与估计距离的比值,将该比值作为节点间有效距离估计的修正权值,在未知节点初步定位后,应用设计的位置校正方法达到降低未知节点定位误差的目的。本文应用MATLAB软件对改进算法进行仿真,与传统的算法直接应用在三维空间相比,改进后的算法在降低定位误差方面有一定的优势,提高了节点的定位性能。在DV-Hop算法平均跳距选择和DV-Distance算法修正权值选择过程中,由处于网络内部的锚节点不参与这个过程,能够节省一部分网络节点的能量消耗。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究方案
• 1.3.1 研究方法与技术路线
• 1.3.2 实验方案
• 1.3.3 拟解决关键问题
• 1.3.4 论文主要内容
• 2 无线传感器网络定位技术基本理论
• 2.1 无线传感器网络节点定位技术基本概念和专用术语
• 2.1.1 定位基本术语
• 2.1.2 节点间的测距方法
• 2.1.3 计算未知节点位置的基本方法
• 2.2 无线传感器网络节点定位算法性能评价指标
• 2.3 无线传感器网络节点定位算法
• 2.3.1 物理定位和符号定位
• 2.3.2 基于距离的定位算法和距离无关的定位算法
• 2.3.3 集中式计算和分布式计算
• 2.3.4 绝对定位和相对定位
• 2.3.5 紧密耦合与松散耦合
• 2.3.6 基于锚节点的定位算法和无锚节点的定位算法
• 2.4 几种典型的无线传感器网络定位算法
• 2.4.1 质心定位算法
• 2.4.2 DV-Hop 定位算法
• 2.4.3 APIT 算法
• 2.4.4 凸规划定位算法
• 2.4.5 Amorphous 定位算法
• 2.4.6 LAND-3D 算法
• 2.4.7 Constrained 3-D 算法
• 2.4.8 APIS 算法
• 2.4.9 Ou 算法
• 2.5 定位系统影响因素分析
• 2.5.1 网络联通性和覆盖率
• 2.5.2 锚节点密度
• 2.5.3 测距误差
• 2.5.4 其它影响因素
• 2.6 本章小结
• 3 改进的DV-Hop 三维定位算法
• 3.1 三维空间定位与二维空间定位的区别
• 3.2 三维空间节点和节点分布
• 3.3 研究假设
• 3.4 DV-Hop 算法描述
• 3.4.1 计算未知节点与每个锚节点的最小跳数
• 3.4.2 计算未知节点和锚节点的实际跳段距离
• 3.4.3 未知节点坐标计算
• 3.5 改进DV-Hop 算法描述
• 3.5.1 选取边界锚节点
• 3.5.2 计算平均每跳距离与平均每跳距离选择
• 3.5.3 计算未知节点的位置坐标
• 3.5.4 未知节点定位位置修正
• 3.6 算法仿真
• 3.6.1 MATLAB 仿真软件简介
• 3.6.2 仿真结果分析
• 3.7 本章小结
• 4 改进的DV-Distance 三维定位算法
• 4.1 DV-Distance 定位算法描述
• 4.1.1 计算未知节点与锚节点的跳段累积距离和相距跳数
• 4.1.2 利用三边测量法计算未知节点的坐标
• 4.2 改进三维DV-Distance 定位算法描述
• 4.2.1 修正权值选择
• 4.2.2 计算未知节点坐标
• 4.2.3 未知节点坐标修正
• 4.3 仿真与分析
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 在学期间发表论文
• 致谢