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基于无线传感器网络的三维空间定位算法研究

作　者: 何敏
导　师: 顾军华
学　校: 河北工业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络 ZigBee 三维定位 RSSI
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


无线传感器网络作为新兴物联网技术之一，是当前IT界研究的热点。无线传感器网络是大量的具有无线通信与计算能力的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，部署在监控测量区域，其目的是感知、采集、处理和。传输网络覆盖地理区域内感知对象的监。测信息它在环境监测、灾难救助、目标跟踪、医疗监护等领域都有广泛的应用前景。而ZigBee技术作为实现无线传感器网络的一种方式，已经逐渐展现出其在无线传感器网络中的良好应用前景。在无线传感器网络中，定位是人们很感兴趣的一个领域。将节点的位置信息采集后，通过无线方式传输给协调器节点，是定位的基本要求，而由于无线传感器网络节点存在的一些限制，会引起定位的误差，导致对位置信息判断失误。因此对定位算法的研究就显得很有必要。目前较为成熟的定位算法，有非基于测距和基于测距的两类。其中基于测距的RSSI、TOA、TDOA、AOA算法研究较多。但是这些算法都是针对二维平面的。针对三维空间的算法研究刚刚起步。本文首先对二维算法进行了研究。在对二维算法有深入研究的基础上，试图将其扩展到三维空间中。首先提出了三维空间中几何模型的搭建，为三维定位算法的提出建立一个理想的几何模型。该几何模型较适用于室内空间定位。接着在几何模型的基础上，根据二维空间距离坐标公式，推算出三维空间的距离坐标公式，并对公式进行整理，变成矩阵形式，成为有利于仿真计算的形式。然后结合RSSI定位算法，将距离和RSSI值之间建立联系，利用RSSI值进行计算。再结合包围盒定位算法，对结果进行修正。用两种算法结合的方式得到最后的结果。通过仿真实验表明，该定位算法较单一的RSSI值定位算法有所改进，随着参与定位节点的数量增加，定位的准确性也有所提升。同时证明二维定位算法在三维定位中是可行的。最后本文对提出的该算法进行了实现。利用目前最先进可以实现ZigBee技术的CC2530芯片，在Z-stack协议栈的基础上进行模型的实现。对RSSI值的计算、通讯过程以及定位效果做了实验，实验证明这种算法在实际中是可行的，且能够提高定位的精度。但是在边缘点的定位能力上还有待提升。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-11
  §1-1 研究背景  9
  §1-2 国外研究现状  9-10
  §1-3 国内研究现状  10
  §1-4 主要研究内容  10-11
第二章 无线传感器网络概述  11-18
  §2-1 无线传感器网络  11-13
    2-1-1 无线传感器网络体系结构  11
    2-1-2 无线传感器网络的特点  11-12
    2-1-3 无线传感器网络的关键技术  12-13
  §2-2 ZigBee 技术概述  13-18
    2-2-2 ZigBee 设备类型  13-14
    2-2-3 ZigBee 协议构架  14-18
第三章 定位算法研究  18-28
  §3-1 无线传感器网络定位技术概述  18-19
    3-1-1 基本概念  18-19
    3-1-2 性能评价指标  19
  §3-2 无线传感器网络定位技术的分类  19-20
    3-2-1 基于测距与非基于测距的定位算法  20
    3-2-2 集中式与分布式定位算法  20
    3-2-3 绝对与相对定位算法  20
  §3-3 无线传感器网络中基于测距的定位算法  20-28
    3-3-1 包围盒定位法  21
    3-3-2 基于 RSSI 的定位法  21-23
    3-3-3 基于 TOA 的定位法  23-24
    3-3-4 基于 TDOA 的定位法  24-26
    3-3-5 基于 AOA 的定位法  26-28
第四章 三维定位算法分析  28-35
  §4-1 三维定位算法的提出  28-29
    4-1-1 三维定位算法研究现状  28-29
    4-1-2 与二维定位算法的区别  29
  §4-2 三维定位算法模型的搭建  29-33
    4-2-1 三维定位算法几何模型  29-30
    4-2-2 三维定位算法定位公式的提出  30-33
  §4-3 三维定位算法仿真分析及性能评价  33-35
第五章 三维定位算法实现  35-52
  §5-1 定位算法实现平台  35-41
    5-1-1 软件平台  35-38
    5-1-2 硬件平台  38-41
  §5-2 定位算法实现流程  41-50
    5-2-1 定位节点的布置  41-42
    5-2-2 RSSI 值的测试和获取  42-44
    5-2-3 网络拓扑结构实现  44
    5-2-4 算法的软件实现流程设计  44-50
  §5-3 实验测试及结果分析  50-52
第六章 结论  52-53
参考文献  53-55
致谢  55-56
攻读学位期间所取得的相关科研成果  56

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 传感器的应用
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