無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位算法.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)下熱點(diǎn)研究的網(wǎng)絡(luò)模型之一。雖然它仍處于學(xué)術(shù)理論研究階段，真正距離其廣泛的實(shí)際應(yīng)用還有很多的努力需要做出，但是其不僅從學(xué)術(shù)研究層面還是具體的實(shí)際推廣應(yīng)用，WSN的價(jià)值與前景都被一致的看好。傳感器網(wǎng)絡(luò)觸及多個(gè)軟件硬件技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域，它是一門多學(xué)科的穿插研究領(lǐng)域，有其顯明的跨學(xué)科研究的特征。對(duì)于WSN的研究分支也有很多:WSN的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步技術(shù)、WSN的網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)部署技術(shù)、WSN的動(dòng)態(tài)

2、管理技術(shù)、WSN中的路由協(xié)議研究、涉及WSN的擁塞控制研究及WSN的節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)等。在本文中，所研究的為節(jié)點(diǎn)定位在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中可行算法。
　　WSN中傳感器節(jié)點(diǎn)的體積小、成本低等特點(diǎn)，造成了節(jié)點(diǎn)本身在制造設(shè)計(jì)上存在著一定的制約:其電源總能量有限、本身通信能力有限、節(jié)點(diǎn)的計(jì)算和保存數(shù)據(jù)能力有限等。因此在WSN中要實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的定位就要考慮在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的同時(shí)，盡量減少能耗，在全網(wǎng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸處理時(shí)要考慮到節(jié)點(diǎn)自身的實(shí)際能力。關(guān)于W

3、SN的節(jié)點(diǎn)定位算法，當(dāng)前主要分為兩大分支:基于測(cè)距的定位算法和非測(cè)距定位算法。經(jīng)常使用到的測(cè)距方法有:基于到達(dá)信號(hào)角度的測(cè)量法(AngleofArrival，AOA)、基于信息到達(dá)時(shí)間測(cè)量法(TimeofArrival，TOA)、基于數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)間之差測(cè)量法（TimedifferenceofArriva，TDOA）以及基于信號(hào)接收到的強(qiáng)度估計(jì)測(cè)量法（ReceivedSignalStrengthIndicator，RSSI）。相對(duì)于基于測(cè)

4、距算法來說非測(cè)距算法更加貼切WSN的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)因其自身的各方面的局限性:網(wǎng)絡(luò)帶寬、能量?jī)?chǔ)存、內(nèi)存和硬件成本開銷等。由于這些限制的存在使得某些應(yīng)用場(chǎng)景下測(cè)距變得不太現(xiàn)實(shí)無法實(shí)現(xiàn)。因此免測(cè)距定位算法盡管精度相比較有所欠缺，但仍有其自身的巨大研究和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值意義。目前比較經(jīng)典的非測(cè)距算法有:DV-HOP基于跳數(shù)估計(jì)的算法，Centroid質(zhì)心算法以及APIT算法等。這些在本文中都會(huì)做出介紹。本文主要的研究工作是對(duì)非測(cè)距算法

5、進(jìn)行的。
　　本文所做的工作，首先對(duì)WSN的背景歷史等進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述。接著對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位問題做出了說明，對(duì)于目前熱點(diǎn)研究的兩大WSN節(jié)點(diǎn)定位問題進(jìn)行了分類的說明講解。本文的主要研究工作在于非測(cè)距的節(jié)點(diǎn)定位算法。本文中在對(duì)幾個(gè)經(jīng)典的非測(cè)距定位算法進(jìn)行說明后，重點(diǎn)對(duì)于DV-HOP算法以及基于Voronoi圖的定位算法這兩方面進(jìn)行了相對(duì)深入的探討。在查閱學(xué)習(xí)了這兩大問題的原有算法之后，通過自己的工作和相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)提出了自

6、己的改進(jìn)算法，并且通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)證明了改進(jìn)算法的可行性和在相關(guān)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下對(duì)于定位算法的定位精度的提升。本文的創(chuàng)新工作如下:
　　1.本文第三章中對(duì)于經(jīng)典的DV-HOP定位算法做出了比較深切探討。本文把原有算法第三步中，對(duì)于建立的坐標(biāo)距離等式集，本文不同于原有算法對(duì)等式兩邊平方的操作，先對(duì)各個(gè)等式做交叉相減，然后通過參數(shù)替換引入K值。利用K值相較于未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的關(guān)系，對(duì)原有估算出的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)的修正。在做仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，本文證明了

7、此改進(jìn)算法的可行性，通過它對(duì)于原有經(jīng)典算法的性能比較后，也說明了改進(jìn)算法在節(jié)點(diǎn)定位精度方面得到的提高。
　　2.在定位算法的研究中引入計(jì)算幾何中Voronoi圖的思想，對(duì)要定位的網(wǎng)絡(luò)首先進(jìn)行區(qū)域的劃分，以此來縮小定位范圍。然后通過未知節(jié)點(diǎn)到各錨節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)值的排序，得到跳數(shù)值的最小值，本文就認(rèn)為此值對(duì)應(yīng)的錨節(jié)點(diǎn)就是最臨近的錨節(jié)點(diǎn)，隨及確定了未知節(jié)點(diǎn)所在的劃分區(qū)域。最后利用質(zhì)心算法估算出未知節(jié)點(diǎn)的位置，從而進(jìn)行定位。雖然此算法還存在不