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应用于精准灌溉的无线传感网定位技术研究

作　者: 姚怡
导　师: 徐成
学　校: 湖南大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 精准灌溉 DV- Hop算法仿真
分类号: TN929.5;TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 138次
引　用: 1次
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内容摘要

近几年来,随着无线传感网络的持续深入研究,利用无线传感网实施农田精准灌溉已被证明是可行的且拥有广阔前景。在传感器网络中,位置信息对传感器网络的监测活动至关重要,没有位置信息的监测消息往往是毫无意义的。专门针对精准灌溉设计的定位技术目前尚不多见,本文在对几种常见的无线传感网络定位算法进行了比较深入、系统的分析基础上,选用了测距无关的、仅靠网络连通信息就可实现定位的DV-Hop算法实现灌区定位。传统的DV-Hop算法采用随机方式分布节点,一定程度上造成定位误差大精度低。本文从提高节点能量的利用率出发,针对灌区特点,实行有计划地人工干预部分网络节点的排布。将整个灌区划分为若干基本灌溉区域,每个基本灌溉区域由一个灌溉执行机构实行灌溉,一个基本灌区就是一个簇,每个簇部署一个簇头节点和若干普通节点。经仿真实验证明改进后的灌区布局有效改善了DV-Hop算法定位效果。本文的另一项工作是对DV- Hop算法的第一阶段和第三阶段进行改进。研究表明,在DV- Hop定位算法中,相对于内部锚节点,当参与未知节点定位过程的是外部锚节点时,定位精度更高。因为外部节点的平均每跳距离更接近于实际每跳距离。改进算法在第一阶段仅选择边界锚节点进行消息广播,参与转播的节点通过收到的RSSI信号的强弱程度计算带小数位的跳数。在第三阶段,由于平均跳段距离只是估计值,存在一定的误差,甚至会造成计算出的节点坐标超出自身所在簇的覆盖范围,这会给以簇为单位的精准灌溉造成识别障碍,为减少误差,本文提出伸缩修正法,将界外的节点沿簇头方向往回拉到簇边界,修正超出簇覆盖范围的节点坐标。仿真结果表明改进算法具有较为理想的定位效果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
插图索引  10-11
第1章引言  11-21
  1.1 研究背景及意义  11-16
    1.1.1 精准农业概述  11
    1.1.2 推行精准灌溉的意义  11-12
    1.1.3 无线传感网络概述  12-13
    1.1.4 利用无线传感网络实现精准灌溉  13-16
  1.2 国内外现状研究  16-19
    1.2.1 国内外精准灌溉技术现状  16-17
    1.2.2 国内外定位技术现状  17-19
  1.3 本文研究内容和章节安排  19-21
    1.3.1 研究内容  19-20
    1.3.2 章节安排  20-21
第2章定位算法概述  21-34
  2.1 无线传感网络定位技术分类  21-23
    2.1.1 测距相关和测距无关  21-22
    2.1.2 相对定位和绝对定位  22
    2.1.3 递增式的定位算法和并发式的定位算法  22
    2.1.4 集中式计算与分布式计算  22-23
    2.1.5 基于信标节点的定位算法和无信标节点的定位算法  23
    2.1.6 物理定位与符号定位  23
  2.2 节点定位基本方法  23-25
    2.2.1 三边测量法  23-24
    2.2.2 三角测量法  24-25
    2.2.3 极大似然估计法  25
  2.3 几种典型的定位算法  25-32
    2.3.1 质心定位算法  25-26
    2.3.2 凸规划定位算法  26-27
    2.3.3 APS 算法  27-28
    2.3.4 SPA 相对定位算法  28-29
    2.3.5 AHLos 定位算法  29-30
    2.3.6 APIT 定位算法  30-31
    2.3.7 MDS-MAP 算法  31
    2.3.8 Amorphous 算法  31-32
  2.4 定位系统各种影响因素的分析  32-33
  2.5 小结  33-34
第3章 DV-Hop 算法应用于灌区定位  34-44
  3.1 引言  34-35
  3.2 测距无关定位原理  35-37
  3.3 传统DV-Hop 算法  37-38
  3.4 改进灌区网络架构  38-40
  3.5 灌区DV- Hop 算法改进思想  40-43
    3.5.1 灌区状况  40-41
    3.5.2 算法改进思路  41-43
  3.6 小结  43-44
第4章仿真实验  44-51
  4.1 仿真平台与工具  44-45
  4.2 灌区网络架构改进的仿真  45-47
  4.3 灌区DV-Hop 改进算法的仿真  47-50
    4.3.1 算法描述  47-48
    4.3.2 算法流程  48-50
  4.4 小结  50-51
第5章算法性能分析  51-58
  5.1 定位性能评价指标  51-52
    5.1.1 定位精度和覆盖度  51
    5.1.2 锚节点密度和节点密度  51
    5.1.3 功耗与代价  51-52
    5.1.4 容错性和自适应性  52
  5.2 改进算法性能分析  52-57
    5.2.1 改进布局前后性能比较  52-56
    5.2.2 改进算法前后性能分析  56-57
  5.3 小结  57-58
结论  58-59
  1 结论  58
  2 展望  58-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
附录A 攻读学位期间发表的学术论文与取得的研究成果  63

应用于精准灌溉的无线传感网定位技术研究

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