无线传感器网络节点自定位算法研究

论文摘要

作为一种全新的信息获取和处理技术,无线传感器网络综合了传感器技术、微机电系统和网络技术,能够实时监测、感知和采集各种环境或检测对象的信息并对其进行处理,将信息传送到用户。其在军事、环境、医学、空间探索以及工业、民用和家庭网络等领域具有广泛的应用前景,而众多的应用均是基于传感器节点的位置信息,没有位置的监测消息是毫无意义的,因此研究无线传感器网络节点自定位技术是十分必要的。本文主要工作是改进和实现无线传感器网络节点自定位算法。文章首先在分析无线传感器网络结构及特点的基础上,通过对典型定位算法的分析研究,发现众多的定位算法的共同缺点就是要求有一定比例的带GPS的锚节点、成本较高、未知节点对锚节点的依赖性较强。为了解决这些问题,本文提出了一种基于低成本的混合定位算法,传感器节点通过少量基站获取位置信息,结合基于测距和基于不测距的两种方法进行节点的定位。基于测距部分基于三边测量法,充分利用基站数据的冗余性,提出了权值循环求精的方法进行节点位置的计算。对于受环境因素的影响不能接收到基站信号的节点,采用了基于不测距的方法,在DV-HOP算法基础上进行了改进,使得更多的未知节点可被定位。仿真结果表明,该定位算法提高了节点定位精度和网络的覆盖率,同时有较强的容错性和鲁棒性。最后为在实际环境中验证算法的有效性,设计实现了传感器节点和汇聚节点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 定位技术的研究动向
• 1.4 论文主要研究内容及组织结构
• 第二章 无线传感器网络自定位系统和算法分析
• 2.1 无线传感器网络的定义
• 2.2 无线传感器网络体系结构
• 2.2.1 系统结构
• 2.2.2 传感器节点构成
• 2.3 无线传感器网络的关键技术
• 2.3.1 数据融合
• 2.3.2 节点定位技术
• 2.4 无线传感器网络节点自定位技术分类
• 2.5 典型的自定位系统和算法
• 2.5.1 典型自定位系统
• 2.5.2 典型定位算法
• 2.6 几种典型节点自定位算法性能分析比较
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于低成本的混合定位算法
• 3.1 节点定位机制分析
• 3.1.1 距离（或角度）测量的方法
• 3.1.2 节点定位计算方法
• 3.2 问题提出
• 3.3 算法思想
• 3.4 算法描述
• 3.4.1 算法理论基础
• 3.4.2 基于测距的定位实现
• 3.4.3 基于不测距的定位实现
• 3.5 本章小结
• 第四章 仿真实验及性能分析
• 4.1 仿真模型
• 4.2 模型参数
• 4.3 功能模块
• 4.4 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 硬件实验平台设计及实现
• 5.1 传感器节点设计与实现
• 5.1.1 处理器单元
• 5.1.2 无线通信单元
• 5.1.3 传感器单元
• 5.1.4 硬件设计实现
• 5.1.5 应用实验
• 5.2 汇聚节点设计
• 5.2.1 硬件设计方案
• 5.2.2 软件总体结构设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文