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无线传感网经典定位算法的研究

作　者: 邢虎
导　师: 周杰; 董立军
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 系统理论
关键词: 无线传感器网络节点定位不规则信道衰落模型投影跳距有效中间节点域
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近年来随着无线传感网的快速发展,越来越多的学者投入无线传感网的研究。由于未知节点定位对整个网络具有特殊意义,所以关于无线传感网节点定位的算法如雨后春笋般涌现。因此本文在介绍完无线传感网后,便对几种常见的经典算法做了必要的介绍说明,并对这些算法进行了仿真分析,总结了它们各自的优势与不足。在发现算法存在的问题后,本文针对质心算法与DV-HOP算法存在的问题提出了改进。针对质心算法,本文提出了两套改进策略,一套为非测距的改进方法,另一套则是基于测距的改进算法。两种改进方法均是通过测量或估算未知节点与目标节点之间的距离,并将距离的倒数作为加权因子加入到质心算法中的。但是与以往加权质心算法不同的是,改进方法一是在不规则模型下建模分析的,这样做的目的是为了使实验结果更接近实际情况,并且利用RSSI定位精度较高的特点,在锚节点不足的情况下,将已经定位的节点当作锚节点使用,以提高未知节点的覆盖率。通过仿真采样证明,改进算法的定位精度和覆盖率均要高于质心算法。改进方法二是在常规信道衰落模型下分析的,未知节点获取其与邻近锚节点的通信重叠域内的节点密度ρ来换算节点之间的距离。通过仿真采样证明改进方法二定位精度要高于质心算法,但是节点覆盖率要略低于质心算法。针对DV-HOP算法存在的问题,本文亦提出了相应的改进策略。在对DV-HOP算法进行理论分析与仿真发现：当节点分布不均或是锚节点密度不足的情况下DV-HOP算法定位效果并不理想。而造成DV-HOP定位效果不佳的主要原因在于误差很大一部分来自节点距离的计算：在计算节点距离时,DV-HOP算法只是直接将跳距乘以跳段数。但是在节点分布不均或锚节点不足的情况下,很可能会出现“绕道”的现象。而通过计算跳距在源节点与目标节点上的投影距离E(R),并将其替代平均跳距却可以有效减小这种误差。而投影距离E(R)的获取是在选择好有效中间节点域后,通过计算有效中间节点域的PDF(概率密度函数)来得到的。最后通过仿真采样证明发现：改进算法距离定位误差的概率分布情况以及相同定位误差下改进算法的定位精度都要优于DV-HOP。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章绪论  7-11
  1.1 研究背景  7-8
  1.2 无线传感器网络的发展与现状  8-9
  1.3 本文研究内容  9
  1.4 本文的结构与内容安排  9-11
第二章无线传感网定位技术概述  11-19
  2.1 节点定位的意义  11
  2.2 无线传感器网络结构与特点  11-12
  2.3 无线传感网定位技术的分类  12-14
    2.3.1 基于测距的定位与基于非测距的定位  13
    2.3.2 绝对定位与相对定位  13
    2.3.3 集中式定位与分布式定位  13-14
    2.3.4 动点定位和静点定位  14
  2.4 未知节点计算方法  14-17
    2.4.1 三边测量法  14-15
    2.4.2 三角测量法  15-16
    2.4.3 最大似然估计法  16-17
  2.5 模型介绍  17-18
  2.6 定位指标  18
  2.7 本章小结  18-19
第三章经典定位算法分析与比较  19-29
  3.1 基于测距的定位方法  19-21
    3.1.1 TOA  19-20
    3.1.2 TDOA  20
    3.1.3 AOA  20
    3.1.4 RSSI  20-21
  3.2 基于非测距的定位方法  21-26
    3.2.1 Amorphous算法  22-23
    3.2.2 APIT  23-26
  3.3 常见非测距定位算法的仿真比较  26-28
  3.4 本章小结  28-29
第四章质心算法的改进  29-47
  4.1 算法分析与改进对策  29-32
    4.1.1 定位流程与缺陷分析  29-30
    4.1.2 仿真分析  30-32
    4.1.3 改进对策  32
  4.2 基于测距的改进算法  32-41
    4.2.1 RSSI路径损耗模型选择  33-35
    4.2.2 定位流程与分析  35-36
    4.2.3 仿真比较与分析  36-41
  4.3 基于非测距的改进算法  41-46
    4.3.1 理论基础  41-43
    4.3.2 算法实现流程  43
    4.3.3 算法仿真比较  43-46
  4.4 本章小结  46-47
第五章 DV-HOP的改进算法  47-62
  5.1 DV-HOP算法分析  47-52
    5.1.1 算法原理  47-48
    5.1.2 算法分析  48-49
    5.1.3 算法仿真  49-52
  5.2 距离向量投影跳段算法  52-57
    5.2.1 网络模型  52-53
    5.2.2 参数设定  53-54
    5.2.3 投影区域选择  54-56
    5.2.4 投影跳距推导  56-57
  5.3 定位流程  57-58
  5.4 仿真分析比较  58-61
  5.5 本章小结  61-62
第六章总结展望  62-64
  6.1 本文总结  62
  6.2 展望  62-64
参考文献  64-68
作者简介  68-69
致谢  69

无线传感网经典定位算法的研究

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