無線傳感器網(wǎng)絡(luò)非測距定位技術(shù)研究.pdf

1、無線傳感器網(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、軍事偵察、野外勘探等領(lǐng)域具有無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景,深刻改變了人與自然的交互方式,實現(xiàn)了隨時隨地“人與物”之間以及“物與物”之間的信息傳遞。節(jié)點定位是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要支撐技術(shù),能夠提供監(jiān)測事件或者跟蹤目標的位置信息,同時也為提高路由效率、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋、實現(xiàn)拓撲控制等提供技術(shù)支持。因此,節(jié)點定位技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要研究內(nèi)容之一。
　　 從現(xiàn)有的研究成果

2、來看,基于測距的無線傳感器網(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)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時具有較大的局限性。出于成本和系統(tǒng)規(guī)模的考慮,非測距定位算法機制具有巨大的技術(shù)優(yōu)勢,尤其是基于跳數(shù)的非測距定位算法。它們無需大量已知位置的錨節(jié)點和時間同步等支撐,協(xié)議簡單且系統(tǒng)擴展性好。但這類算法通常假設(shè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)處于理想情況,忽略了實際環(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,勢必會影響在實際應(yīng)用中的定位效果。

3、本文主要針對幾種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不理想的情況,提出了基于非測距定位算法的定位問題解決方案,并給出了仿真實驗分析和性能評估。論文的工作得到了國家自然基金項目(No.60773182,No.60972010)和國家863項目(2007AA01Z241)的支持。本文取得的研究成果和主要創(chuàng)新點如下:
　　 (1)在分析和總結(jié)國內(nèi)外無線傳感器網(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優(yōu)化方法,并詳細分

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)提出一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署不理想情況的定位算法,該算法基于網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)分割,借助于簡單的平均跳數(shù)距離判斷準則,將不規(guī)則的拓撲結(jié)構(gòu)分割成規(guī)則區(qū)域,并確定規(guī)則區(qū)域邊界估計待測節(jié)點位置。該定位算法無需復(fù)雜的矩陣計算和迭代求解,在取得較好的定位精度的同時,降低了算法的計算復(fù)雜度。
　　 (3)針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)存在蟲洞攻擊,破壞網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的

5、情況,提出了一種抗蟲洞攻擊的定位算法。基于節(jié)點間跳數(shù)和距離關(guān)系,估計有效的錨節(jié)點信息測量范圍,按照幾何凸約束對錨節(jié)點信息集合進行測量一致性劃分,并給出待測節(jié)點候選位置的篩選策略。該定位算法無需配置安全防范措施或者惡意節(jié)點檢測的安全定位機制。實驗結(jié)果表明無論網(wǎng)絡(luò)中是否存在蟲洞攻擊,都能夠得到較好的定位精度,且算法性能穩(wěn)定。
　　 (4)針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信模型不理想的情況,提出一種更符合實際情況的Quasi-UDG模型的定位算法