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无线传感器网络节点自定位技术研究及应用

作　者: 张纪文
导　师: 柴乔林
学　校: 山东大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 传感器网络定位算法拓扑相关性 DV-Hop算法温室智能监控
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 53次
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内容摘要

无线传感器网络是一种由大量廉价的传感器节点组成的多跳自组织网络。它的出现,极大地拓宽了人们获取信息的渠道,把客观世界的物理信息通过无线网络进行传输,给人们传递最直接、最有效、最真实的信息。无线传感器网络的应用前景十分广阔,涉及到国防军事、环境监测、医疗护理、精准农业等各个领域。随着物联网的深入研究发展,使得无线传感器网络成为了最新研究热点。在无线传感器网络中,位置信息对传感器网络的监测活动不可或缺,确定事件发生的位置是传感器网络最基本的功能之一,对传感器网络的应用有效性起着至关重要的作用。在无线传感器网络中,无需测距的定位算法具有功耗小、成本低以及硬件设备简单等技术优势,非常适合应用于大规模传感器网络中。DV-Hop算法是一种典型的无需测距的定位算法。在各项同性且密集分布的网络中,该算法定位精度较高。然而,在拓扑不规则的传感器网络中,DV-Hop算法在平均跳距计算上不合理,使得节点的定位误差很大。针对这一问题,提出了一种基于拓扑相关性的改进算法。主要原理是根据网络拓扑相关性和跳数加权计算平均跳距,并对多个估算结果进行面积加权,有效地提高了定位精度。仿真实验表明,与传统DV-Hop相比,改进算法在不增加额外硬件支持的前提下,更适合于随机分布网络中的节点定位。在物联网技术快速发展的今天,本文将Zigbee和无线传感器网络定位技术应用到温室智能监控系统的设计之中,实现了温室环境监控的自动化和智能化。该系统初步实现了温室环境数据实时采集、处理与显示；将监测的环境参数通过串口通信传输到监控中心计算机,并接受系统控制而产生控制决策,有系统自动控制、专家决策控制和经验自动控制3种方式,增加了系统控制的灵活性。该系统简单易用,扩展性强,有着较强的实用价值。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-13
第一章绪论  13-16
  1.1 课题背景  13-14
  1.2 研究目的与意义  14-15
  1.3 论文内容安排  15-16
第二章无线传感器网络及应用  16-22
  2.1 无线传感器网络  16-19
    2.1.1 传感器网络体系结构  16-17
    2.1.2 无线传感器网络特点  17
    2.1.3 无线传感器节点构成  17-18
    2.1.4 无线传感器网络协议栈  18-19
  2.2 无线传感器网络的性能评价  19-20
  2.3 无线传感器网络的关键技术  20
  2.4 无线传感器网络的应用  20-21
  2.5 本章小结  21-22
第三章无线传感器网络中定位技术研究  22-31
  3.1 定位问题概述  22-26
    3.1.1 定位算法的特点  22
    3.1.2 定位算法的评价标准  22-23
    3.1.3 节点位置的计算方法  23-26
  3.2 基于距离的定位算法  26-27
    3.2.1 接收信号强度指示法  26
    3.2.2 到达时间法  26-27
    3.2.3 到达时间差法  27
    3.2.4 到达角度法  27
  3.3 无需测距的定位算法  27-30
    3.3.1 质心定位算法  27-28
    3.3.2 凸规划定位算法  28-29
    3.3.3 MDS-MAP定位算法  29
    3.3.4 APIT定位算法  29-30
  3.4 本章小结  30-31
第四章基于拓扑相关性的改进型DV-Hop算法  31-50
  4.1 DV-Hop算法简述  31-32
  4.2 TCDVH改进算法的基本原理  32-36
    4.2.1 区域拓扑相关性  33
    4.2.2 跳数三角形内点测试法  33-34
    4.2.3 最终平均跳距的计算  34-36
    4.2.4 基于面积的加权  36
  4.3 TCDVH改进算法的实现过程  36-37
  4.4 改进算法的仿真实验  37-49
    4.4.1 平均误差定义  37
    4.4.2 数据结构定义  37-40
    4.4.3 仿真程序实现  40-48
    4.4.4 仿真结果分析  48-49
  4.5 本章小结  49-50
第五章基于Zigbee的温室智能监控系统的实现  50-62
  5.1 温室控制的应用研究  50-52
    5.1.1 物联网概述  50
    5.1.2 Zigbee技术  50-51
    5.1.3 温室的智能监控研究  51-52
  5.2 温室智能监控系统的设计  52-57
    5.2.1 系统总体架构  52-53
    5.2.2 通信协议设计  53-55
    5.2.3 数据库的设计  55-56
    5.2.4 专家系统设计  56-57
  5.3 温室智能监控系统的工作过程  57-61
    5.3.1 Zigbee网络组建过程  57-58
    5.3.2 Zigbee节点定位过程  58
    5.3.3 Zigbee节点通信过程  58-59
    5.3.4 监控软件的运行过程  59-61
  5.4 本章小结  61-62
第六章总结与展望  62-63
  6.1 本文工作总结  62
  6.2 未来工作展望  62-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
攻读学位期间所发表的学术论文目录  67-68
攻读学位期间参加的科研项目  68-69
学位论文评阅及答辩情况表  69

无线传感器网络节点自定位技术研究及应用

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