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无线传感器网络定位算法的研究

作　者: 朱林娜
导　师: 蒋海峰
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无线传感器网络定位算法 RSSI Dv-Hop 正则化
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

无线传感器网络已成为当今信息领域的研究热点。该技术涉及跨学科的研究领域,与其密切相关的多项关键技术仍然需要大量相关研究工作者的开发与更加深入的研究。无线传感器网络能够广泛应用于安全监控、智能家居、建筑结构健康监控、生态环境监测、医疗监护、地震监测等领域。在无线传感器网络中,传感器节点的自身定位是网络最基本的功能之一,没有位置信息的监测数据往往没有任何研究与应用价值,这必然决定了传感器节点自身定位在传感器网络应用中所起到的作用是非常关键的。实现无线传感器网络基本功能的关键之一便是确定网络中传感器节点的位置信息。本文主要针对传统的DV-Hop定位算法和三角形质心定位算法开展研究工作,在深刻理解以及掌握这两种定位算法精髓的基础上,分别提出达到更优定位性能的改进型算法。本文的主要研究内容如下：1.针对无线传感器网络定位方法中的DV-Hop(Distance Vector凸规划、MDS-MAP、APIT(Approximate PIT Test)定位算法、RADAR定位系统和Cricket定位系统等现有典型定位算法和定位系统进行算法分析,并给出了各种定位算法和定位系统的优势与不足。2.针对传统三角形质心定位算法以及基于RSSI测距的三角形质心定位算法在计算节点间距离时将产生不同程度定位误差,利用基于RSSI距离校验的方法对三角形质心定位算法进行改进,得到更为有效的定位算法,使定位性能得以提高,通过MATLAB进行仿真分析,验证改进后定位算法的有效性。3.在充分研究传统DV-Hop定位算法定位原理以及产生误差原因的基础上,提出改进的DV-Hop定位算法。在DV-Hop定位算法的第三阶段也就是位置坐标的计算阶段,为减小计算误差对定位精度的影响,采用正则化的方法进行位置坐标计算。对传统的DV-Hop定位算法和改进后的定位算法进行仿真分析,验证改进后定位算法的有效性。最终通过仿真实验证明,两种改进算法在定位性能上有了相对明显的改善。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 研究背景及意义  8-9
  1.2 无线传感器网络简介  9-15
    1.2.1 无线传感器网络的起源与发展  9
    1.2.2 无线传感器网络体系结构  9-10
    1.2.3 无线传感器网络的特点与应用  10-11
    1.2.4 无线传感器网络的关键技术与挑战  11-12
    1.2.5 国内外研究现状  12-15
  1.3 课题研究的主要内容  15-16
2 无线传感器网络定位技术  16-25
  2.1 无线定位技术  16-18
    2.1.1 传统定位技术  16-17
    2.1.2 传感器网络定位技术  17-18
    2.1.3 传感器网络定位特性  18
  2.2 测距方法  18-20
    2.2.1 到达角度方法  19
    2.2.2 到达时间方法  19
    2.2.3 到达时间差方法  19-20
    2.2.4 基于接收信号强度的方法  20
  2.3 定位技术基本原理  20-23
    2.3.1 三边定位法  21
    2.3.2 三角定位法  21-22
    2.3.3 边角定位法  22
    2.3.4 极大似然估计法  22-23
    2.3.5 质心法  23
  2.4 无线传感器网络定位技术的研究现状  23
  2.5 本章小结  23-25
3 无线传感器网络自身定位算法  25-33
  3.1 定位系统和定位算法性能指标  25-26
  3.2 无线传感器网络定位算法分类  26-27
    3.2.1 基于测距的定位和无需测距的定位  26
    3.2.2 绝对定位与相对定位  26-27
    3.2.3 集中式计算与分布式计算  27
    3.2.4 紧密耦合与松散耦合  27
    3.2.5 粗粒度与细粒度  27
  3.3 无线传感器网络经典定位算法和定位系统  27-30
    3.3.1 质心定位算法  27-28
    3.3.2 DV-Hop定位算法  28
    3.3.3 Amorphous定位算法  28
    3.3.4 APIT定位算法  28-29
    3.3.5 MDS-MAP定位算法  29-30
    3.3.6 Robustposition定位算法  30
    3.3.7 RADAR定位系统  30
    3.3.8 Cricket定位系统  30
  3.4 定位算法小结  30-32
  3.5 本章小结  32-33
4 基于RSSI校验的无线传感器网络定位算法研究  33-42
  4.1 无线电传播路径损耗模型  33-36
    4.1.1 无线电信号室内传播特点  33
    4.1.2 无线电信号传播路径损耗模型分析  33-36
  4.2 基于RSSI校验的三角形质心定位算法  36-39
    4.2.1 基于RSSI的距离校正计算  36-37
    4.2.2 三角形质心定位算法  37-38
    4.2.3 基于RSSI校验的三角形质心定位算法过程  38-39
    4.2.4 误差定义  39
  4.3 实验及结果分析  39-41
  4.4 本章小结  41-42
5 DV-Hop改进算法研究  42-57
  5.1 DV-Hop定位算法介绍  42-46
    5.1.1 距离矢量交换阶段  42-43
    5.1.2 校正值计算与广播阶段  43
    5.1.3 坐标值计算阶段  43-45
    5.1.4 相关问题分析  45-46
  5.2 DV-Hop定位算法的仿真实现  46-50
    5.2.1 算法流程图  46
    5.2.2 网络参数模型  46-47
    5.2.3 算法仿真与分析  47-50
  5.3 DV-Hop改进算法  50-52
    5.3.1 改进算法的基本思想  50-51
    5.3.2 改进算法流程图  51-52
  5.4 DV-Hop改进算法的仿真实验及结果分析  52-55
  5.5 本章小结  55-57
6 结论与展望  57-59
  6.1 工作总结  57
  6.2 研究展望  57-59
致谢  59-60
参考文献  60-67
附录  67

无线传感器网络定位算法的研究

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