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无线传感器网络节点定位关键技术研究

作　者: 肖美华
导　师: 刘琳岚；周之平
学　校: 南昌航空大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 无线传感器网络无需测距定位算法节点定位技术距离向量-跳段定位精度
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 155次
引　用: 3次
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内容摘要

随着微机电系统,无线通信和低功耗嵌入式技术的发展,无线传感器网络在功耗、体积、无线通信等方面得到了很大的发展,使得其具有广泛的应用空间。定位技术作为无线传感器网络重要的支撑技术之一,对无线传感器网络应用的有效性具有重要的意义。只有所有传感器节点的位置信息已知,才能在特定事件发生时,明确事件发生的具体位置,从而采取相应的措施。本文首先在查阅和参考大量国内外相关文献的基础上,介绍了无线传感器网络节点定位技术的研究背景及意义,综述了国内外研究现状,并详细介绍了无线传感器网络中一些典型的无需测距定位算法和系统。传统DV-Hop算法采用较少的信标节点参与平均跳距计算,未知节点使用此平均跳距值误差大,并且造成部分未知节点坐标超出网络边界。本文先提出第一种改进算法称为BHDV-Hop(Beacon-modify Hopsize DV-Hop)算法,BHDV-Hop从以下几个方面对DV-Hop进行改进:使用所有信标节点位置信息参与信标节点平均跳距计算;采用信标节点的平均跳距误差值来修正未知节点的位置信息;将计算出的未知节点的位置坐标超越网络边界的坐标值修正为边界坐标。传统DV-Hop算法信标节点使用简单的算术平均求解平均跳距,没有考虑不用的信标节点之间路径的特征差别,计算误差较大,结合BHDV-Hop算法的改进策略和不同路径间的差别,本文提出第二种改进算法称为WHDV-Hop(Weighted Hopsize DV-Hop)算法,该算法使用加权平均跳距来代替简单平均跳距的加权平均跳距定位算法。为了更有效地验证算法的有效性,信标节点在网络中分别采取随机分布、中央分布、边缘分布三种不同的部署方式与原始算法和BHDV-Hop算法进行比较分析。使用Omnet++和Matlab仿真工具对提出改进算法的有效性进行验证。实验证明,与DV-Hop算法相比,两种改进算法的定位精度都得到了一定程度的提高,特别当信标节点以边缘分布的方式部署在网络中时效果最佳,能更好地满足实际应用的需求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 研究背景及意义  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
    1.2.1 无线传感器网络研究现状  12-13
    1.2.2 无线传感器网络节点定位研究现状  13-14
  1.3 本课题研究内容  14-15
  1.4 本课题内容安排  15-17
第2章无线传感器网络定位技术  17-33
  2.1 基本概念  17-18
  2.2 定位算法分类  18-21
    2.2.1 距离相关与距离无关  18-19
    2.2.2 分布式计算与集中式计算  19
    2.2.3 递增式定位与并发式定位  19
    2.2.4 信标相关与信标无关  19-20
    2.2.5 物理定位与符号定位  20
    2.2.6 绝对定位与相对定位  20-21
    2.2.7 细粒度定位与粗粒度定位  21
  2.3 节点位置计算方法  21-25
    2.3.1 三边测量法  21-22
    2.3.2 三角测量法  22-23
    2.3.3 极大似然估计法  23-24
    2.3.4 双曲线定位法  24-25
    2.3.5 混合定位法  25
  2.4 无需测距的定位算法  25-29
    2.4.1 质心定位算法  25-26
    2.4.2 DV-Hop算法  26-27
    2.4.3 Amorphous定位算法  27
    2.4.4 APIT算法  27-29
  2.5 无需测距的定位系统  29-30
    2.5.1 Active Badge  29-30
    2.5.2 UC Berkeley  30
  2.6 无线传感器网络定位算法性能指标  30-31
  2.7 本章小结  31-33
第3章 BHDV-Hop算法  33-43
  3.1 DV-Hop算法分析  33-35
    3.1.1 概述  33
    3.1.2 算法举例  33-34
    3.1.3 DV-Hop小结  34-35
  3.2 DV-Hop存在的问题  35-36
  3.3 DV-Hop已有的一些改进  36-37
  3.4 BHDV-Hop算法-信标节点修正平均跳距DV-Hop算法  37-39
    3.4.1 选取参与平均跳距计算的信标节点个数  37-38
    3.4.2 信标节点利用自身误差修正平均跳距  38-39
    3.4.3 越界坐标修正  39
  3.5 算法实现描述  39-40
  3.6 网络模型  40-42
    3.6.1 主要参数  40-41
    3.6.2 主要定义与公式  41-42
  3.7 本章小结  42-43
第4章 WHDV-Hop算法  43-51
  4.1 概述  43
  4.2 WHDV-Hop算法-加权平均跳距定位算法  43-46
    4.2.1 加权平均跳距计算  43-45
    4.2.2 坐标的迭代优化  45-46
  4.3 算法描述  46-48
  4.5 网络模型  48-50
  4.6 本章小结  50-51
第5章实验结果及分析  51-62
  5.1 仿真平台  51-53
    5.1.1 Omnet++仿真平台  51-52
    5.1.2 Matlab仿真平台  52-53
  5.2 BHDV-Hop算法实验结果及分析  53-56
    5.2.1 参与平均跳距计算的信标节点个数对定位精度的影响  53-54
    5.2.2 通过信标节点的误差修正未知节点  54-55
    5.2.3 坐标修正  55
    5.2.4 实验小结  55-56
  5.3 WHDV-Hop算法实验结果及分析  56-61
    5.3.1 实验结果  56-59
    5.3.2 数据分析  59-60
    5.3.3 实验小结  60-61
  5.5 本章小结  61-62
第6章总结与展望  62-64
  6.1 总结  62-63
  6.2 展望  63-64
参考文献  64-68
攻读硕士学位期间参与课题情况  68-69
攻读硕士学位期间发表论文情况  69-70
致谢  70

无线传感器网络节点定位关键技术研究

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