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三维无线传感网络高精度定位算法研究

作　者: 任玉鑫
导　师: 邢建平
学　校: 山东大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线传感器网络 三维定位 网格化表示 二次划分 迭代计算
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)是一种由大量低复杂度传感器节点通过自组织方式形成的无线网络,可广泛应用于环境监测、灾难救助、目标跟踪、医疗监护等领域。在应用中,节点的位置信息对传感网络监测活动异常重要,没有位置信息的监控数据毫无意义。因此,节点定位技术是无线传感器网络的重要研究内容之一,对网络的有效性起到关键作用。首先,本文概述了无线传感器网络的体系结构,重点探讨节点定位问题。节点定位算法可以分为基于距离(Range-based)和距离无关(Range-free)两类节点定位算法,简要介绍了典型的二维平面节点定位算法,归纳了每种算法的优缺点。现实应用中,如地震人员搜救、建筑结构监测等,节点分布于三维空间,对节点定位精度要求高。因此,研究三维空间高精度节点定位算法成为无线传感网络重要课题。其次,在研究实际应用对定位精度要求的基础上,基于三维空间网格划分,引入迭代计算思想,提出了一种高精度三维无线传感网络节点定位算法。该算法将定位空间划分为若干的空间立体网格,锚节点对各个网格进行投票,将获票最多的网格作为待定位节点最大可能所在区域,将此网格再次进行网格划分,锚节点再对小的立体网格进行投票,查找出获票最多的小网格,以此网格的质心作为待定位节点的位置。此算法大幅度提高了定位精确度,同时有效地降低了节点的计算量。最后,建立系统仿真模型,构建MATLAB仿真平台,验证了该定位算法的基本性能,分析功率射程、空间大小、划分方式、无线电信号传输不规则性等多种环境因索对算法性能的影响。仿真结果表明,该算法比网格划分定位算法的定位精度提高了67.7%,定位时间减少42.3%,有效的解决了定位精度和节点计算量之间的矛盾。

全文目录


摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
符号说明  12-13
第一章 绪论  13-18
  1.1 研究背景  13-14
    1.1.1 项目支持  13
    1.1.2 课题背景  13-14
  1.2 无线传感网络体系结构  14-16
    1.2.1 无线传感网络的结构  14-15
    1.2.2 无线传感网络的特点  15-16
  1.3 无线传感网络定位算法研究现状  16-17
  1.4 课题的研究意义  17
  1.5 论文组织  17-18
第二章 无线传感网络二维节点定位算法分析  18-26
  2.1 无线传感网络节点定位基本概念和术语  18-19
    2.1.1 基本概念  18
    2.1.2 基本术语  18-19
  2.2 节点定位计算基本方法  19-22
    2.2.1 三边测量法  19-20
    2.2.2 三角测量法  20-21
    2.2.3 极大似然估计法  21-22
  2.3 典型的基于距离定位算法  22-23
    2.3.1 基于到达时间(TOA)的定位算法  22
    2.3.2 基于到达角度(AOA)的节点定位算法  22-23
  2.4 典型的距离无关节点定位算法  23-25
    2.4.1 距离向量-跳段(DV-Hop)节点定位算法  23-24
    2.4.2 近似三角形内点测试(APIT)节点定位算法  24-25
  2.5 总结  25-26
第三章 典型三维无线传感网络定位算法  26-30
  3.1 节点定位算法评价标准  26-27
  3.2 典型三维无线传感网络节点定位算法  27-29
    3.2.1 Constrained 3-D节点定位算法  27-28
    3.2.2 Flying Anchor节点定位算法  28-29
  3.3 总结  29-30
第四章 三维空间网格二次分割迭代计算节点定位算法设计  30-37
  4.1 网格划分方法在节点定位算法中的应用  30-31
  4.2 空间网格划分节点定位算法  31-32
  4.3 网格二次分割迭代计算节点定位算法(ICSGDLS)  32-36
    4.3.1 锚节点和未知节点  32-34
    4.3.2 定位空间网格化处理  34
    4.3.3 节点定位流程  34-36
  4.4 总结  36-37
第五章 算法性能仿真与分析  37-47
  5.1 仿真环境与条件设定  37
    5.1.1 仿真环境  37
    5.1.2 条件设定  37
  5.2 仿真参数与性能指标  37-39
    5.2.1 仿真参数  37-38
    5.2.2 性能指标  38-39
  5.3 仿真结果分析  39-46
    5.3.1 功率射程对算法的影响  39-40
    5.3.2 空间大小对算法的影响  40-42
    5.3.3 分割方式对算法的影响  42-44
    5.3.4 无线电信号传输不规则性对算法的影响  44-46
  5.4 总结  46-47
第六章 工作总结与展望  47-49
  6.1 工作总结  47-48
  6.2 工作展望  48-49
参考文献  49-54
致谢  54-55
攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研项目  55-56
学位论文评阅及答辩情况表  56

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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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