WSN中采用异常节点排除的节点定位算法研究

论文摘要

随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的不断发展,无线传感器网络的使用变得很广泛,节点定位作为无线传感器网络的主要技术之一,节点的位置信息对于用户检测到事件后应对方案的采取与制定起到了重要的作用,其次,节点的位置信息对基于位置信息的应用提供了基础,如网络的拓扑控制、负载均衡等。因此,对节点定位的研究具有重要的理论和实际意义。本文分析了现有的节点定位算法,由于传感器节点的微型化和有限的电池供电能力使得所设计的定位算法除了要保证定位精度外,还要考虑到节点的能耗问题。现有定位算法一般是假定在环境可信的情况下进行的,还需要考虑节点出现异常时对节点定位造成的影响；另外,在测距上,RSSI由于其硬件成本低,被人们广泛使用,但是由于环境因素的影响,传统的均值方法不能过滤掉粗大信号的干扰,使其测距不准确。针对现有节点定位算法存在的以上两个问题,考虑到定位算法对能耗和定位精度的要求,本文设计了一种节点定位算法,该算法具有三个特点,首先,算法采用分簇的方式,考虑到节点的安全性,在簇头选举过程中加入了能量和信任度的考虑,使得能量高且信任度高的节点优先担任簇头节点,采用分簇的方式可降低节点间的通信开销和计算开销,使网络更加节能；其次,算法中设计了一种异常节点排除算法,对定位中存在的异常节点进行排除,使得节点只保存有效数据,避免了异常节点对定位的干扰；最后,算法中设计了基于中值数的绝对偏差的加权滤波法,过滤掉粗大信号的干扰,.提高了测距精度。所设计的算法在仿真环境下进行了测试验证,仿真结果验证了定位算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文的结构安排
• 第2章 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络的概念
• 2.2 与传统网络的区别和特点
• 2.2.1 与传统网络的区别
• 2.2.2 无线传感器网络的特点
• 2.3 无线传感器网络的体系结构
• 2.3.1 无线传感器网络的网络结构
• 2.3.2 传感器的节点结构
• 2.3.3 无线传感器网络的通信体系结构
• 2.4 无线传感器网络的关键技术
• 2.4.1 拓扑控制
• 2.4.2 节点定位
• 2.4.3 网络安全
• 2.4.4 数据融合
• 2.4.5 网络协议
• 2.5 无线传感器网络的应用
• 2.6 本章小结
• 第3章 无线传感器网络的节点定位
• 3.1 节点定位的概念描述
• 3.2 节点间位置估计方法
• 3.3 无线传感器网络定位算法的评价标准
• 3.4 现有的传感器网络定位算法
• 3.4.1 基于距离的定位算法
• 3.4.2 距离无关的定位算法
• 3.4.3 集中式定位算法
• 3.4.4 分布式定位算法
• 3.5 安全定位算法
• 3.6 本章小结
• 第4章 异常节点排除算法
• 4.1 算法思路
• 4.2 基于中值数的绝对偏差的加权滤波法
• 4.2.1 RSSI测距
• 4.2.2 基于中值数的绝对偏差的加权滤波法
• 4.2.3 RSSI测距模型的建立
• 4.3 异常节点排除
• 4.3.1 异常节点排除的基本思想
• 4.3.2 异常节点排除的流程
• 4.4 本章小结
• 第5章 采用异常点排除的节点定位算法
• 5.1 节点数据结构设计
• 5.1.1 锚节点数据结构设计
• 5.1.2 未知节点数据结构设计
• 5.1.3 邻居表数据结构设计
• 5.2 分簇算法设计
• 5.2.1 簇头节点的设计
• 5.2.2 分簇的设计
• 5.2.3 更换簇头的设计
• 5.3 节点定位设计
• 5.3.1 位置计算
• 5.3.2 定位流程
• 5.4 本章小结
• 第6章 算法仿真与实验结果
• 6.1 MATLAB仿真软件简介
• 6.2 仿真结果与分析
• 6.2.1 基于中值数的绝对偏差的加权滤波法的仿真分析
• 6.2.2 异常节点排除算法的仿真分析
• 6.2.3 采用异常点排除的节点定位算法的仿真分析
• 6.3 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢