WSN中模糊三角形定位算法及仿真实现

论文摘要

高效节能定位算法的研究对无线传感器网络的理论研究和实际应用有重要意义。定位算法通常分为range-based和range-free两大类。Range-based定位算法对定位器件的硬件要求高,并不适用于硬件成本受限的无线传感器网络领域；而range-free定位算法对硬件要求比较低,其定位精度已经可以满足大多数WSN的应用需求,是一类具有成本效益的解决方案。根据模糊数学的思想,本文提出了一种range-free定位算法——FTL （Fuzzy Triangle Localization,模糊三角形定位）；并指出该算法具有定位精度可调节的特性。针对FTL计算量大的缺点,又提出了IFTL （Improved Fuzzy Triangle Localization）,它与原有的FTL都同属于模糊三角形定位算法。IFTL在保证定位精度的同时,大大减少了计算量。本文对FTL、IFTL定位算法进行NS2仿真后,指出了锚节点数量,锚节点密度,路径损耗指数阴影标准差,以及未知节点的位置对定位误差的影响。IFTL定位算法在计算量、网络总能耗以及定位延时上比FTL定位算法表现更佳；但其定位精度、抗干扰性不及FTL；因此,本文认为FTL、IFTL各有取舍,有各自的性能特点。在NS2上仿真实现了质心算法、凸规划算法、DV-Hop、APIT、SBL,并把这五种经典的range-free定位算法与IFTL定位算法在定位误差、能量消耗、定位延时、时空复杂性上进行分析与比较。仿真结果显示,相对于五种经典range-free定位算法,IFTL算法定位精度最高,网络能耗量较低,定位延时较短,计算复杂度较低。因此,认为模糊三角形定位算法的总体性能表现更佳。在实际应用时,要根据FTL、IFTL定位算法的各自特点来解决不同的问题或支持不同的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出与研究意义
• 1.2 WSN定位算法的分类
• 1.3 定位算法性能评价指标
• 1.4 本论文内容安排
• 第2章 五种经典range-free定位算法的分析
• 2.1 质心定位算法
• 2.2 凸规划定位算法
• 2.3 DV-Hop定位算法
• 2.4 APIT定位算法
• 2.5 SBL定位算法
• 2.6 本章小结
• 第3章 模糊三角形定位算法
• 3.1 定位问题数学模型
• 3.2 模糊三角形定位算法
• 3.2.1 FTL定位算法的提出
• 3.2.2 FTL定位原理
• 3.3 模糊三角形定位的精度可调节特性
• 3.3.1 定位精度可调节问题
• 3.3.2 内存耗费控制
• 3.3.3 减少计算量的IFT L
• 3.3.4 FTL与IFTL的比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 定位算法的NS2仿真及性能评估
• 4.1 仿真工具NS2与仿真过程
• 4.1.1 仿真工具NS2进行网络模拟的步骤
• 4.1.2 场景文件的生成
• 4.1.3 无线传播模型
• 4.1.4 仿真环境及参数设置
• 4.2 模糊三角形定位算法仿真实现与性能分析
• 4.2.1 FTL与IFTL定位算法的仿真实现
• 4.2.2 仿真结果与性能分析
• 4.3 五种range-free定位算法的仿真实现
• 4.3.1 质心算法的仿真实现
• 4.3.2 凸规划定位算法的仿真实现
• 4.3.3 DV-Hop定位算法的仿真实现
• 4.3.4 APIT定位算法的仿真实现
• 4.3.5 SBL定位算法的仿真实现
• 4.4 IFTL与五种经典range-free定位算法的性能比较
• 4.4.1 定位误差的比较
• 4.4.2 网络总能耗的比较
• 4.4.3 定位延时的比较
• 4.4.4 计算复杂度的比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 本文贡献
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文