復雜環(huán)境下的無線傳感器網(wǎng)絡定位關鍵技術研究.pdf

1、在無線傳感器網(wǎng)絡中，信息采集、目標跟蹤、信息管理、環(huán)境監(jiān)測和基于地理位置的消息路由等許多應用中都需要準確的節(jié)點位置信息作為保障。因此，定位技術是無線傳感器網(wǎng)絡的關鍵支撐技術。在現(xiàn)實應用環(huán)境中，網(wǎng)絡呈現(xiàn)出三維分布、鏈路非確定、應用環(huán)境異構、部署區(qū)域非結構化等復雜特征，這對定位理論和算法提出了更高的挑戰(zhàn)。由于現(xiàn)有定位技術的研究大部分是假設理想化的通信模型和網(wǎng)絡部署環(huán)境，而忽略了實際應用時各種復雜因素對定位算法的影響，從而導致定位誤差控制難、

2、定位誤差大、部署成本高及可擴展性差等問題，使之無法直接用于實際系統(tǒng)。本文在對現(xiàn)有定位技術進行研究分析的基礎上，針對已有工作的不足，圍繞復雜環(huán)境下的定位關鍵技術展開研究，通過系統(tǒng)地研究，提出更加接近實際應用環(huán)境的高精度、低開銷、高能效、低成本的分布式定位方案，以滿足復雜環(huán)境下的實際應用。主要研究內容和創(chuàng)新點包括：
　　1．基于泛洪邊界控制誤差校正的定位策略
　　針對將基于傳統(tǒng)的定位方法直接擴展到復雜環(huán)境中時存在“模型失用”、誤

3、差控制困難等問題，設計了一個新的基于泛洪邊界控制誤差校正的定位策略3DPHDV-Hop。通過投影平面選取和目標區(qū)域劃分，進行泛洪邊界控制，采用最小均方差準則及歸一化加權方法來進行跳距誤差校正，從而實現(xiàn)高精度、低誤差的細粒度定位。實驗結果表明，與APIS、3D DV-Hop和3D-MDS等經(jīng)典策略相比，3DPHDV-Hop策略的定位率分別提高了45.2％、35.4%和32.3%。
　　2．基于空間幾何分割的凹/凸分解定位機制

4、　　針對存在障礙物的復雜3D凹/凸不平表面網(wǎng)絡拓撲幾何特性所帶來定位誤差大且能耗高的問題，提出了一種新的基于空間幾何分割的凹/凸分解定位機制3D-CCD。按照節(jié)點的海拔高度先邏輯水平分層，再在層內按照凹/凸分解的方法將網(wǎng)絡合理的劃分為多個子區(qū)域，用于降低因地形分布凹/凸而造成的定位誤差和能耗，定位過程中只需依靠被目前大多數(shù)定位機制所利用的RSSI來實現(xiàn)高精度、低開銷的細粒度定位。實驗結果表明，3D-CCD與SV和COLA相比，定位誤差分

5、別降低了10%、17%，計算成本分別降低了31%、22%。
　　3．基于網(wǎng)絡拓撲分形的三角劃分定位算法
　　針對存在障礙物的復雜3D凹/凸不平表面網(wǎng)絡中錨節(jié)點部署難且成本高的問題，提出了一種新的基于網(wǎng)絡拓撲分形的三角劃分定位算法3DT-ST。該算法僅利用網(wǎng)絡連通特性和特殊節(jié)點（特殊渡口節(jié)點），進行三角劃分和建模，在每一個三角區(qū)域上采用 MDS-MAP方法建立起局部相對位置地圖，通過合并每個三角子區(qū)域，建立起整個網(wǎng)絡全局的位置

6、地圖。實驗結果表明，3DT-ST算法與目前使用的SV方法相比，定位誤差降低了85.3%，且定位過程無需錨節(jié)點和迭代，僅通過節(jié)點間的連通性進行定位，這提高了定位的精度、降低了計算開銷的同時節(jié)省了部署成本。
　　4．基于圖論的移動錨節(jié)點定位路徑規(guī)劃
　　針對存在障礙物的復雜3D凹/凸不平表面網(wǎng)絡中靜止錨節(jié)點可擴展性差且能耗高的問題，提出一種新的基于圖論的移動錨節(jié)點定位路徑規(guī)劃3DT-PP，它利用移動錨節(jié)點的路徑規(guī)劃在復雜的3D地

7、形中實施定位節(jié)點，規(guī)劃錨節(jié)點的避障路徑，用最優(yōu)路徑遍歷整個監(jiān)測區(qū)域，達到快速定位及全網(wǎng)定位的目的。實驗結果表明，3DT-PP方法比 MDS-MAP方法、Landscape-3D方法位置誤差分別降低了91％、8.7％，計算開銷分別降低了75％、1.3％。該方法在最短時間內高性能地定位所有未知節(jié)點，減少了網(wǎng)絡中的孤立節(jié)點和錨節(jié)點的數(shù)量，降低了障礙物對定位精度的影響，有效降低網(wǎng)絡構建成本。
　　綜上，本文圍繞復雜環(huán)境下的無線傳感器網(wǎng)絡定