無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)非測(cè)距定位技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模、低成本、自組織的特性使其在環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事偵察、野外勘探等領(lǐng)域具有無(wú)可比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景,深刻改變了人與自然的交互方式,實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)隨地“人與物”之間以及“物與物”之間的信息傳遞。節(jié)點(diǎn)定位是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要支撐技術(shù),能夠提供監(jiān)測(cè)事件或者跟蹤目標(biāo)的位置信息,同時(shí)也為提高路由效率、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋、實(shí)現(xiàn)拓?fù)淇刂频忍峁┘夹g(shù)支持。因此,節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要研究?jī)?nèi)容之一。
　　 從現(xiàn)有的研究成果

2、來(lái)看,基于測(cè)距的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)通常需要復(fù)雜的硬件設(shè)備,因此,這類技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)具有較大的局限性。出于成本和系統(tǒng)規(guī)模的考慮,非測(cè)距定位算法機(jī)制具有巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì),尤其是基于跳數(shù)的非測(cè)距定位算法。它們無(wú)需大量已知位置的錨節(jié)點(diǎn)和時(shí)間同步等支撐,協(xié)議簡(jiǎn)單且系統(tǒng)擴(kuò)展性好。但這類算法通常假設(shè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)處于理想情況,忽略了實(shí)際環(huán)境中可能存在的不規(guī)則部署、安全威脅、通信模型不理想等情況,勢(shì)必會(huì)影響在實(shí)際應(yīng)用中的定位效果。

3、本文主要針對(duì)幾種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)不理想的情況,提出了基于非測(cè)距定位算法的定位問(wèn)題解決方案,并給出了仿真實(shí)驗(yàn)分析和性能評(píng)估。論文的工作得到了國(guó)家自然基金項(xiàng)目(No.60773182,No.60972010)和國(guó)家863項(xiàng)目(2007AA01Z241)的支持。本文取得的研究成果和主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 (1)在分析和總結(jié)國(guó)內(nèi)外無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法的基礎(chǔ)上,綜述了典型的基于跳數(shù)的Range-free定位算法和位置估計(jì)優(yōu)化方法,并詳細(xì)分

4、析和比較了這些方法在理想的情況下的定位誤差分布和性能的影響因素。
　　 (2)提出一種適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署不理想情況的定位算法,該算法基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分割,借助于簡(jiǎn)單的平均跳數(shù)距離判斷準(zhǔn)則,將不規(guī)則的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分割成規(guī)則區(qū)域,并確定規(guī)則區(qū)域邊界估計(jì)待測(cè)節(jié)點(diǎn)位置。該定位算法無(wú)需復(fù)雜的矩陣計(jì)算和迭代求解,在取得較好的定位精度的同時(shí),降低了算法的計(jì)算復(fù)雜度。
　　 (3)針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)存在蟲(chóng)洞攻擊,破壞網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的

5、情況,提出了一種抗蟲(chóng)洞攻擊的定位算法?；诠?jié)點(diǎn)間跳數(shù)和距離關(guān)系,估計(jì)有效的錨節(jié)點(diǎn)信息測(cè)量范圍,按照幾何凸約束對(duì)錨節(jié)點(diǎn)信息集合進(jìn)行測(cè)量一致性劃分,并給出待測(cè)節(jié)點(diǎn)候選位置的篩選策略。該定位算法無(wú)需配置安全防范措施或者惡意節(jié)點(diǎn)檢測(cè)的安全定位機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明無(wú)論網(wǎng)絡(luò)中是否存在蟲(chóng)洞攻擊,都能夠得到較好的定位精度,且算法性能穩(wěn)定。
　　 (4)針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信模型不理想的情況,提出一種更符合實(shí)際情況的Quasi-UDG模型的定位算法