無線傳感器網(wǎng)絡路由及定位技術的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是由大量的具有感知和計算能力的微型傳感器節(jié)點通過無線通信方式形成的多跳自組織網(wǎng)絡，它是一種集成了數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸?shù)娜录夹g。具有部署靈活、容錯性強、成本低廉等特點，在軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)控制、災難拯救等領域有著廣闊的應用前景。
　　目前，無線傳感器網(wǎng)絡存在的技術問題中，路由協(xié)議在于尋找從源節(jié)點到達目的節(jié)點的優(yōu)化路徑，實現(xiàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠的傳輸，是網(wǎng)絡通信的基礎與保證。節(jié)點定位技術在于實現(xiàn)對隨機散布在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的

2、未知節(jié)點的準確定位，以便了解事件發(fā)生的具體位置。為解決以上兩個關鍵技術問題，本文在總結(jié)和分析現(xiàn)有研究成果的基礎上，重點對路由協(xié)議以及節(jié)點定位技術進行了研究。
　　本文的主要貢獻包含以下幾個方面:
　　(1)提出了一種基于蟻群算法的QoS路由協(xié)議。該算法在選擇下一跳節(jié)點的轉(zhuǎn)移概率公式中，除了考慮距離因素以外還考慮了能量因素，可以有效均衡網(wǎng)絡能量;另外，為滿足QoS要求，在信息素更新規(guī)則中，同時引入剩余帶寬和時延約束。仿真實驗表

3、明，該協(xié)議在平均端到端時延、平均帶寬方面均具有良好的性能，所生成的路徑能夠滿足QoS要求，同時均衡了網(wǎng)絡中節(jié)點的能量，延長了網(wǎng)絡壽命。
　　(2)針對LEACH協(xié)議所存在的簇頭隨機選舉、分簇不平衡、節(jié)點間直接通信的缺點，提出一種LEACH協(xié)議的改進算法。該算法依據(jù)優(yōu)化后的簇頭節(jié)點數(shù)目將無線傳感器網(wǎng)絡分成若干個區(qū)域;在各區(qū)域中綜合考慮節(jié)點的幾何位置及剩余能量來選擇簇頭節(jié)點;另外，對距離簇頭節(jié)點較遠的簇內(nèi)節(jié)點采用中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的方式進行

4、通信。仿真結(jié)果表明，與LEACH協(xié)議相比，新算法具有較好的網(wǎng)絡穩(wěn)定性，可以延長網(wǎng)絡壽命。
　　(3)針對AHLos算法中所存在的誤差累積的缺陷，提出了基于加權虛擬力的協(xié)作定位算法。該算法考慮兩種情況:對鄰居信標節(jié)點不少于三個的未知節(jié)點首先采用原子多邊算法進行定位，并對定位結(jié)果進行判定，對定位結(jié)果不滿足精度判定標準的未知節(jié)點采用本文所提出的加權虛擬力定位算法，該算法利用信標節(jié)點對未知節(jié)點的虛擬力使得未知節(jié)點從估計位置逐漸向真實位置移

5、動;對鄰居信標節(jié)點少于三個的未知節(jié)點，借助一跳和二跳信標節(jié)點間的協(xié)作進行定位。仿真結(jié)果表明，與AHLos算法相比，所提出的算法有效提高了網(wǎng)絡的定位精度和定位比例。
　　(4)設計了一套井下巷道定位系統(tǒng)。包括對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、節(jié)點硬件及軟件的設計;并且針對井下狹長的巷道結(jié)構(gòu)，提出了一種簡易的井下巷道冗余節(jié)點部署策略，可以滿足移動節(jié)點的定位要求;然后針對定位過程中定位圓無法相交的情況，提出了對定位圓進行半徑擴展的距離修正定位算法。樓道環(huán)境中