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无线传感器网络基于聚类的分布式算法分析

作　者: 王平
导　师: 王焱；高永存
学　校: 电子科技大学
专　业: 软件工程
关键词: 无线传感器网络 定位 无需锚点 簇
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 53次
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内容摘要


无线传感器网络是近年来最有发展前景的技术之一。许多传感器网络的应用都要求感知数据流附上所在节点对应的物理位置。考虑到费用、功率、体积大小等因素的限制,使用全球定位系统(GPS)对自组织传感器网络进行节点定位变得不现实,在这种情况下,寻找一种无需配置GPS的定位算法十分重要。本文提出并分析了一种新的分布式定位算法,基于聚类的无需锚点的定位算法,简称为CAFL。该算法的基本思想是,将整个传感器网络划分为多个簇,每个簇的内部节点并发地计算和修正自身位置,建立簇的局部坐标系统。在此基础上,调整局部坐标架的方向,使得整个网络收敛至一个全局坐标系统。该算法借助聚类的手段有效解决了无锚点定位算法在网络规模可扩展方面存在的局限性。最后,本文针对不同的节点密度、测距误差、网络面积参数分析了仿真对比研究。实验结果表明,CAFL算法是一个稳健的定位算法,具有很强的扩展性,适用于大规模的传感器网络。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 概述  8-10
    1.1.1 无线传感器网络的特点  8-9
    1.1.2 无线传感器网络的体系结构  9-10
  1.2 无线传感器网络的应用  10-13
    1.2.1 军事领域的应用  10-11
    1.2.2 生态环境监测  11-12
    1.2.3 交通管理  12
    1.2.4 其他应用领域  12-13
  1.3 无线传感器网络定位的意义和挑战  13-14
  1.4 本文的组织结构  14-15
第二章 分析无线传感器网络的定位问题  15-35
  2.1 无线传感器网络定位的背景知识  15-17
    2.1.1 测距方法  15-16
    2.1.2 三边或三角测量法原理  16-17
  2.2 无线传感器网络自身定位算法的性能标准  17-19
  2.3 无线传感器网络自身定位计算方法的分类  19-22
  2.4 典型的自身定位算法  22-31
    2.4.1 质心法  22
    2.4.2 自组织定位算法(Ad Hoc Positioning System，APS)  22-25
    2.4.3 鲁棒定位算法（Convex Position Estimation）  25
    2.4.4 凸规划法（Convex Position Estimation）  25-26
    2.4.5 AHLos（Ad Hoc Localization System）和N-hop Multilateration Primitive  26-29
    2.4.6 APIT（Approximate Point In Triangle Test）  29-30
    2.4.7 多维缩放图算法（MDS-MAP）  30-31
  2.5 分析定位算法基础－SPA 和AFL 相对定位算法  31-34
    2.5.1 自定位算法（Self Positioning Algorithm，SPA）  31-34
    2.5.2 无需锚点的定位算法（Anchor-Free Localization，AFL）  34
  2.6 本章小结  34-35
第三章 基于聚类的AFL 定位算法（CAFL）  35-47
  3.1 CAFL 算法提出原因  35-36
  3.2 CAFL 算法过程  36-46
    3.2.1 簇的建立（Cluster Establishment，CE）  37-39
    3.2.2 局部坐标系统的建立  39-46
  3.3 本章小结  46-47
第四章 CAFL 算法的实验仿真结果  47-56
  4.1 常用定位算法性能指标－ER 和GER  47-48
  4.2 CAFL 算法的性能仿真结果  48-55
    4.2.1 GER、ER 与网络平均连通度的关系  49-51
    4.2.2 GER、ER 与测距误差的关系  51-52
    4.2.3 GER、ER 与网络节点数目的关系  52-53
    4.2.4 CAFL 和AFL 的定位时间比较  53-55
  4.3 本章小结  55-56
结论与展望  56-58
  研究工作总结  56
  研究工作展望  56-58
参考文献  58-60
致谢  60-61

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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