無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位及覆蓋技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSNs)是隨著半導(dǎo)體技術(shù)、微系統(tǒng)技術(shù)、通信技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生和迅速發(fā)展起來(lái)的。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由各類集成化的微型傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)同感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對(duì)象的數(shù)據(jù)，通過(guò)嵌入式系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過(guò)隨機(jī)自組織無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)傳送給基站，最后通過(guò)互連網(wǎng)或衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)到達(dá)管理節(jié)點(diǎn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目前廣泛地應(yīng)用于國(guó)防軍事、國(guó)家安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域

2、。而在這些應(yīng)用研究中，節(jié)點(diǎn)定位和網(wǎng)絡(luò)覆蓋是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的兩個(gè)研究熱點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)的位置信息對(duì)于實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)眾多應(yīng)用起到至關(guān)重要的作用;而網(wǎng)絡(luò)覆蓋則決定了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所能提供的服務(wù)范圍，也在很大程度上影響了網(wǎng)絡(luò)的成本和各種具體應(yīng)用的性能。
　　本文針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)定位與網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)進(jìn)行了比較深入的研究與探討。在節(jié)點(diǎn)定位方面，首先分析改進(jìn)了傳統(tǒng)DV-Hop定位算法，然后以核方法為研究手段，結(jié)合主流學(xué)習(xí)算法，提出了兩種

3、新型定位算法;在網(wǎng)絡(luò)覆蓋方面，主要針對(duì)靜態(tài)覆蓋中基于虛擬勢(shì)場(chǎng)的覆蓋算法做了研究，提出了基于靜電場(chǎng)理論的移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)部署算法。本文的主要研究?jī)?nèi)容以及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.提煉出了DV-Hop算法產(chǎn)生誤差的幾個(gè)原因，在此基礎(chǔ)上提出使用粗定位到精確定位的遞增式算法，并且在三邊測(cè)量法計(jì)算階段引入共線度概念，選擇定位質(zhì)量好的單元進(jìn)行計(jì)算，從而使定位算法得到了較高的定位精度;
　　2.借助移動(dòng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，使其按照規(guī)劃的路徑移動(dòng)，從而產(chǎn)生

4、若干個(gè)虛擬信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，這樣可以有效減少真實(shí)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。同時(shí)將由這些虛擬信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控區(qū)域未知節(jié)點(diǎn)交流獲得的信號(hào)向量作為直推支持向量機(jī)中訓(xùn)練的有標(biāo)簽數(shù)據(jù)樣本。根據(jù)訓(xùn)練樣本的特點(diǎn)，提出一種多類對(duì)多類的分類法，據(jù)此推斷未知節(jié)點(diǎn)的位置。實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果表明，該方法獲得了較高的定位精度;
　　3.提出了一種基于節(jié)點(diǎn)跳數(shù)和核方法的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法，該算法的基本思想是利用高斯核函數(shù)度量節(jié)點(diǎn)間的相似性。通過(guò)收集和利用實(shí)際距離和節(jié)點(diǎn)間跳數(shù)信息

5、，將信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的跳數(shù)信息和距離信息作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，使用偏最小二乘法學(xué)習(xí)并構(gòu)建其間的最優(yōu)模型，并用此模型預(yù)測(cè)未知節(jié)點(diǎn)到已知節(jié)點(diǎn)距離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本定位算法定位精度較高，受信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目影響較小，并且具有將強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，適合不同的部署環(huán)境等特點(diǎn);
　　4.提出了一種基于虛擬勢(shì)場(chǎng)，分布式、自適應(yīng)、可擴(kuò)展的移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)部署算法，該算法把部署區(qū)域內(nèi)的障礙物、節(jié)點(diǎn)等看作是帶電荷的粒子，粒子受到其它障礙物和粒子的庫(kù)侖力作用而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，最終所