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无线传感器网络分布式多维标度定位算法研究

作　者: 罗莉琼
导　师: 罗娟
学　校: 湖南大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 无线传感器网络多维标度无线信号强度值节点定位
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 81次
引　用: 1次
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内容摘要

无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式系统、Internet及无线通信、分布式信息处理技术等,在军事、环境监测、灾难救援及其他商业活动领域有着广阔的应用前景。无线传感器网络中节点的位置是随机且未知的,如何实现节点准确地定位是传感器网络应用的前提,也是研究的热点。多维标度技术的系列方法是一类有效的节点定位法,但度量多维标度有一定的局限性,要求实体间的相异性与实体间的距离保持线性关系。而非度量多维标度技术在定位中对实体间的相异性与实体间的距离关系没有严格的要求,只需要满足单调的顺序等级关系。目前利用非度量多维标度技术还有一定的技术难度,计算和通信的代价会随着网络节点数的增多而迅速增大,不适合于大规模的无线传感器网络,并且在部分节点移动的情况下适应性不强,如果网络中有少量节点移动,需要再重新定位所有节点。本文讨论和分析了多维标度技术在无线传感器网络定位中的应用方式,提出了一种分布式多维标度定位算法NMDS-RSSI-C(D)(Non-metric Multidimensional-Receive Singnal Strength Indicator-Cluster(Distributed)),该算法将节点间的无线信号强度指示值直接作为节点间的相异性数据,在每个局部网络的簇头计算局部网络内各节点的最短路径,运用非度量多维标度技术来计算节点坐标。通过利用局部信息计算出局部相对坐标图,然后再由若干局部相对坐标图合并成全局相对坐标图。非度量多维标度技术对实体间的相异性与实体间的距离关系只需满足单调的顺序等级关系,不需要定量的表示出来。而RSSI测距是通过接收节点收到的信号的强度值,利用的无线信号传播模型把无线信号强度值转化为距离。采用二者的结合能直接对无线信号强度值进行定位省去了繁琐的转换过程,减少了由于无线信号传播模型中的参数不准确而带来的计算误差。最后,本文对NMDS-RSSI-C(D)算法和MDS-MAP(D)算法进行比较,当两种算法在节点连通度较低时,定位误差都很大。但是,本文提出的算法在相同节点连通度下获得的平均定位误差要小一些。在本算法中,节点的连通度越大,合并的就次数越少,合并所带来的积累误差也就减小。仿真实验表明,针对大型的无线传感器网络,算法能实现有效的定位,定位误差较小

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
插图索引  10-11
附表索引  11-12
第1章绪论  12-16
  1.1 课题的研究背景及意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-14
  1.3 研究的内容与拟解决的问题  14-15
  1.4 本文主要工作  15-16
第2章无线传感器网络定位算法综述  16-34
  2.1 无线传感器网络体系结构及特点  16-18
    2.1.1 无线传感器网络体系结构  16-17
    2.1.2 无线传感器网络的特点  17-18
  2.2 无线传感器网络与传统网络的区别  18
  2.3 无线传感器网络与Ad Hoc网络的区别  18-19
  2.4 典型应用及应用前景  19-21
  2.5 节点定位的基本概念  21
  2.6 计算节点位置的基本方法  21-23
    2.6.1 三边测量法  21-22
    2.6.2 三角测量法  22
    2.6.3 极大似然估计法  22-23
  2.7 无线传感器网络自身定位系统和算法的标准  23-25
  2.8 定位系统与定位算法综述  25-33
    2.8.1 定位系统分类  25-26
    2.8.2 典型的定位系统  26-27
    2.8.3 定位算法分类  27
    2.8.4 典型的定位算法综述  27-33
  2.9 本章小结  33-34
第3章无线传感器网络中多维标度MDS定位算法应用  34-45
  3.1 多维标度技术介绍  34-39
    3.1.1 多维标度分类  34-35
    3.1.2 经典多维标度  35-37
    3.1.3 非度量多维标度  37-39
  3.2 多维标度在无线定位中的应用  39-41
  3.3 多维标度定位算法的比较  41-43
    3.3.1 MDS-MAP定位算法  41-42
    3.3.2 MDS-MAP(P)定位算法  42
    3.3.3 MDS-MAP(D)定位算法  42-43
    3.3.4 三种算法比较  43
  3.4 本章小结  43-45
第4章分布式多维标度定位算法  45-56
  4.1 NMDS-RSSI-C(D)定位算法  45-50
    4.1.1 算法思想  45-47
    4.1.2 NMDS-RSSI-C(D)算法描述  47-49
    4.1.3 算法复杂度分析  49-50
  4.2 仿真实验及结果分析  50-54
    4.2.1 仿真实验的无线传播模型  50
    4.2.2 仿真实验参数与评价指标  50-51
    4.2.3 仿真结果与分析  51-53
    4.2.4 几种定位算法仿真比较结果  53-54
  4.3 本章小结  54-56
结论  56-57
参考文献  57-60
附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录  60-61
致谢  61

无线传感器网络分布式多维标度定位算法研究

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