一种新的基于波的干涉的传感器节点定位算法

论文摘要

无线传感器网络(WSN)作为未来新兴技术之一,它的发展和广泛应用,将对人们的社会生活和产业变革带来极大的影响。它相对于移动通信网、无线局域网、蓝牙网络、Ad hoc网络等常见的无线网络具有很多新的特点,有很多的研究热点。无线传感器网络由大量靠无线和多跳方式通信的智能传感器节点构成,这些节点一般被密集布设在特定的没有固定基础设施的监控区域。由于传感器节点在布设时采取随机投放的方式,网络中大多数节点位置不能事先确定。但对于很多应用,没有位置信息的监测消息是毫无意义的。因此,在传感器网络中,传感器节点的精确定位是各种应用的前提和基础。在大规模无线传感器网络环境下,节点资源(能量、处理能力、存储量)有限,可靠性差,通信距离短,给传感器网络的自身定位带来了很大的挑战。本文的研究工作就是围绕着无线传感器网络自身定位这一课题进行的。本文首先对无线传感器网络自身定位问题进行综述,介绍自身定位的基本概念、基本方法,给出传感器网络自身定位算法的评价指标、分类方法,分析评价了几个自身定位典型算法。接着在对基于距离的定位算法进行深入研究的基础上,提出了一种新的未知节点角度测量方法。该方法以波的干涉基本理论为基础,将对未知节点的角度测量转化为较易实现的频率测量。简单地说,就是在信标节点发出变频干涉波,则干涉场中相对于信标节点角度不同的点所经历的合成波强度的变化频率是不同的;即角度小时合成波强度的变化频率也小,随着角度的增大,合成波强度的变化频率也增大。根据这一现象,各未知节点通过检测自身位置处合成波强度的变化频率,就可以确定自身相对于信标节点的角度。最后,在上面所提出的新的节点角度测量法的基础上,对传感器网络节点的定位算法做了进一步的探讨和实验。经实验证明,本文提出的传感器网络节点角度测量方法简单易用,与AOA相比,对节点硬件没有过高要求,且定位精度较高,是一种适用于无线传感器网络的新的节点定位方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无线传感器网络概述
• 1.2.1 无线传感器网络结构
• 1.2.2 无线传感器网络的特点
• 1.2.3 无线传感器网络协议栈与功能模块
• 1.2.4 无线传感器网络的支撑技术
• 1.3 无线传感器网络定位算法概述
• 1.4 波的干涉理论概述
• 1.4.1 波的干涉的基本理论及其应用领域
• 1.4.2 波的干涉理论在本文中的应用
• 1.5 本文结构安排
• 第二章 无线传感器网络节点定位技术
• 2.1 节点定位技术的基本概念
• 2.2 节点定位技术分类
• 2.3 节点定位的技术背景
• 2.3.1 节点定位的步骤
• 2.3.2 节点定位所面临的技术挑战
• 2.4 现有主要定位算法
• 2.4.1 计算节点位置的基本方法
• 2.4.2 节点距离的测量方法
• 2.4.3 基于距离的定位算法
• 2.4.4 距离无关的定位算法
• 2.5 定位算法的性能评价
• 第三章 基于波的干涉的节点角度测量算法
• 3.1 波的干涉的基本概念
• 3.2 基于波的干涉的节点定位算法
• 3.2.1 基于波的干涉的节点角度测量算法
• 3.2.2 公式推导
• 3.3 仿真及结果
• 3.3.1 算法误差
• 3.3.2 仿真模型
• 3.3.3 实验参数
• 3.3.4 仿真结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 节点定位
• 4.1 定位算法
• 4.2 仿真实验
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结和工作展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文及参与项目
• 学位论文评阅及答辩情况表