一种无需测距的无线传感器网络节点定位技术研究

摘要

无线传感器网络在军事国防、环境监测、抢险救灾和危险区域的远程控制等诸多领域具有广泛的应用前景。网络节点或监测目标的定位是其中众多应用的一个关键条件，而且无线传感器网络的某些路由机制、覆盖信息、负载均衡和拓扑控制等都依赖于网络中传感器节点的位置信息。因此，定位在无线传感器网络的应用、运行和管理等方面都有着重要作用，针对无线传感器网络节点自身定位技术的研究也具有重要的理论与实际意义。 传感器网络中的定位问题包括节点自身定位和外部目标定位两部分，其中后者依赖于前者。本文研究无线传感器网络节点自身定位的相对定位算法——Two-Phase定位算法。本文主要的研究工作从以下几个方面展开： (1)首先归纳总结了无线传感器网络的体系结构、特点、应用范围、国内外研究现状以及无线传感器网络定位的关键技术和基本原理。 (2)其次分析了Dv-Hop定位算法的机制，并在仿真章节将其与另外一种基于跳数机制的算法进行了比较。 (3)同时还分析了TERRAIN算法的原理，它是在节点相互连通的情况下，通过RSSI(Received Signal Strength Indicator)或单跳邻居节点信息进行拓展半径的获取，节点在获取至少三个锚节点信息后采用三边测量方法进行自身定位，实验数据显示这种定位误差呈指数趋势上升。 (4)在第四章对采用的Two-Phase定位算法进行了改进。在进行全局泛洪之前，结合线性回归方式算出节点之间的单跳测距值，在第一阶段采用Hop-TERRAIN(triangulation via extended range and redundant association ofintermediate nodes)算法将单跳距离值广播，进行大致节点位置的估计，在循环求精(Refinement)阶段，针对不同节点引入不同置信参数使用加权最小二乘法进行三边测量方法以计算更精确的新位置。 (5)最后在MATlLAB仿真平台上进行仿真实验，对比算法在不同锚节点数目下的定位精度，并在文章最后章节进行了全文的总结与展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1项目来源

1.2研究背景

1.3国内外研究现状

1.4研究内容与论文组织

第2章无线传感器网络及其节点定位概述

2.1无线传感器网络概述

2.1.1无线传感器的结构

2.1.2无线传感器网络的体系结构

2.1.3无线传感器网络的协议层次

2.1.4无线传感器网络的相关应用

2.1.5无线传感器网络的研究现状

2.2无线传感器网络定位的关键技术及自身定位的意义

2.2.1无线传感器网络定位的关键技术

2.2.2研究无线传感器网络自身定位技术的意义

2.3无线传感器网络自身定位系统和算法的性能指标评价

第3章无线传感器网络Dv-Hop定位算法

3.1节点定位概念

3.1.1定位算法的相关概念

3.1.2定位算法的分类

3.2基本节点坐标计算方法

3.2.1三边测量法

3.2.2三角测量法

3.2.3极大似然估计法

3.3 Dv-Hop算法的多跳定位机制

3.3.1 Dv-Hop定位算法

3.3.2相关讨论分析

第4章一种改进的Two-Phase定位算法

4.1改进的Two-Phase定位算法

4.1.1启始算法

4.1.2循环求精算法

4.2算法运行的相关讨论分析

4.2.1功率和计算能力需求

4.2.2系统达到稳定的时间

4.3网络要求

4.3.1节点IDs

4.3.2节点密度

4.3.3网络节点部署问题

第5章算法仿真及结果分析

5.1无线传感器网络仿真方法

5.2仿真环境

5.3算法性能分析比较

第6章总结与展望

6.1全文工作总结

6.2下一步工作

参考文献

致 谢

作者在攻读硕士期间发表的论文