无线传感器网络定位算法研究及软件实现

论文摘要

无线传感网络(WSN)是大量的传感器构成的无线网络,可以实时监测、采集和处理各种环境与检测对象的信息,并发送给用户,因此具有广阔的应用前景。节点定位技术是无线传感器网络的主要支撑技术之一,节点自身的正确定位是提供监测信息的前提。节点位置信息对目标跟踪、路由优化、数据回收等具有重要意义。节点定位问题即是根据少数已知节点,按照某种机制确定未知节点的位置。目前现有的定位算法普遍存在着如定位复杂度高、能耗大等问题,缺乏实用性。随着传感器网络应用范围日益广泛,实用化的定位技术对传感器网络有着重要的理论价值和实际意义。本文围绕项目组承担的无线传感网络应用项目,对低复杂度、低功耗的节点定位技术进行了研究。主要工作如下：1)分析了基于接收信号强度(RSSI)定位算法的基本原理。利用迭代求精的方式对算法进行仿真,并研究了锚节点数量、布局以及路径损耗指数对定位精度的影响,最后利用加权质心策略改进RSSI算法,在相同条件下定位精度提高了约10%。2)分析了基于近似三角形内点测试(APIT)定位算法的原理及误差来源,给出了算法定位流程和仿真分析。针对APIT在接收锚节点数量较少(小于4个)时定位失效的问题,给出了RSSI与APIT结合的改进算法,仿真显示解决了此类节点的定位失效问题,提高了平均定位精度。3)研制了无线传感器网络组网仿真与定位分析软件,实现对网络部署的仿真、定位算法的验证等功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 传感器网络定位算法国内外研究现状
• 1.3 课题目标与主要研究内容
• 第二章 基于AD-HOC的无线传感网络定位算法基础
• 2.1 基于AD-HOC的无线传感器网络体系结构
• 2.2 基于AD-HOC的WSN关键技术
• 2.3 无线传感网络定位机制
• 2.3.1 基本概念描述
• 2.3.2 无线传感器网络定位流程
• 2.3.3 典型定位算法分析
• 2.4 定位算法的性能评价标准
• 第三章 基于接收信号强度（RSSI）的定位算法研究
• 3.1 信号传播模型
• 3.1.1 信号传播的经验模型
• 3.1.2 信号传播理论模型
• 3.2 定位算法流程
• 3.3 算法仿真分析
• 3.3.1 锚节点数量对定位精度的影响
• 3.3.2 锚节点布局对定位精度的影响
• 3.3.3 路径损耗指数对定位精度的影响
• 3.4 改进的RSSI定位算法
• 3.4.1 改进的定位算法流程
• 3.4.2 改进的算法仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于三角形内点测试（APIT）的定位算法研究
• 4.1 APIT算法原理
• 4.1.1 算法基本原理
• 4.1.2 最佳三角形内点测试（PIT）
• 4.1.3 近似三角形内点测试（APIT）
• 4.2 APIT算法流程
• 4.3 算法仿真及开销分析
• 4.3.1 仿真实验
• 4.3.2 算法开销
• 4.4 改进的APIT算法
• 4.4.1 改进的APIT算法流程
• 4.4.2 改进的算法仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 无线传感器网络仿真与定位分析软件
• 5.1 需求分析
• 5.2 软件设计与实现
• 5.2.1 软件总体流程
• 5.2.2 组网仿真设计
• 5.2.3 定位算法实现
• 5.3 结果展示与分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结果与结论
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的学术论文