基于連通性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位技術(shù)研究.pdf

1、作為一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自20世紀(jì)90年代中期興起以來，在理論研究和應(yīng)用實踐等方面都取得了長足的進(jìn)步。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實用化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，最初的應(yīng)用設(shè)想正逐步成為現(xiàn)實，在國防軍事、環(huán)境監(jiān)測、智能家居、物流運輸?shù)戎T多領(lǐng)域日漸發(fā)揮重要作用。
　　 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，連通性是網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)，也是網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)、拓?fù)淇刂啤⒙酚蓞f(xié)議等正常運行的必要條件。節(jié)點定位技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，是無線

2、傳感器網(wǎng)絡(luò)中事件位置報告、目標(biāo)跟蹤、地理路由、網(wǎng)絡(luò)管理等系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)。因此，對基于連通性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位技術(shù)進(jìn)行研究有著重要的理論意義和實用價值。
　　 本文旨在探討適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點定位技術(shù)，圍繞無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連通性及節(jié)點定位技術(shù)的特點，對基于連通性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位技術(shù)開展了研究，主要內(nèi)容包括：
　　 (1)基于邊界效應(yīng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連通性研究。本文以節(jié)點的有效通信面積為基礎(chǔ)，對邊界節(jié)點的連

3、通性和網(wǎng)絡(luò)的整體連通性進(jìn)行了理論推導(dǎo)，獲得了在邊界效應(yīng)的影響下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)達(dá)到k點連通概率的近似上界。之后通過仿真研究，進(jìn)一步分析了存在邊界效應(yīng)與消除邊界效應(yīng)后的網(wǎng)絡(luò)中存在孤立節(jié)點的概率，網(wǎng)絡(luò)的平均度、最小度期望，網(wǎng)絡(luò)的連通度分布、連通度期望以及網(wǎng)絡(luò)是k點連通的概率，說明了邊界效應(yīng)對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連通性的影響，并對存在邊界效應(yīng)情況下網(wǎng)絡(luò)是k點連通概率的仿真值與計算值進(jìn)行了比較分析，仿真結(jié)果驗證了理論分析結(jié)果的正確性?；谶吔缧?yīng)的無

4、線傳感器網(wǎng)絡(luò)連通性研究對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點個數(shù)的選擇、節(jié)點通信半徑的設(shè)定都有著一定的指導(dǎo)意義和參考價值，同時也為基于連通性的節(jié)點定位技術(shù)研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 (2)提出了一種基于鄰節(jié)點分布估距的節(jié)點定位算法(LAND)。首先，提出了一種基于鄰節(jié)點分布的距離估計算法(DEND)，該算法通過建立成員節(jié)點屬于某簇的鄰節(jié)點的理論值和實際值的誤差函數(shù)，從而估算出成員節(jié)點到相應(yīng)簇頭節(jié)點的最佳距離估計值。然后，在DEND算法的基礎(chǔ)上，提出

5、了LAND算法，該算法通過簇頭節(jié)點定位、成員節(jié)點的鄰節(jié)點信息統(tǒng)計、根據(jù)DEND算法估算距離和采用極大似然估計法進(jìn)行定位四個步驟，完成未知節(jié)點的定位。最后，通過仿真，分析了邊界定位區(qū)域?qū)λ惴ǘㄎ桓采w率的影響，以及信標(biāo)節(jié)點所占比率、信標(biāo)節(jié)點的部署形式對算法定位精度的影響，并且將LAND算法與典型的LAEP算法進(jìn)行了比較分析。仿真結(jié)果表明：LAND算法可以達(dá)到較高的定位覆蓋率；LAND算法在信標(biāo)節(jié)點所占比率不高時，也可以達(dá)到良好的定位精度；L

6、AND算法在信標(biāo)節(jié)點成矩形分布時，其定位精度高于信標(biāo)節(jié)點成三角形分布；在相同條件下，LAND算法的定位精度優(yōu)于LAEP算法。
　　 (3)提出了一種基于虛擬簇的移動信標(biāo)輔助定位算法(VCMBLA)。該算法以基于DEND算法的多跳距離估算方法和基于極小3-跳3-支配集的移動信標(biāo)節(jié)點路徑規(guī)劃策略為基礎(chǔ)?；贒END算法的多跳距離估算方法用于估算虛擬簇成員節(jié)點和虛擬簇頭節(jié)點之間的多跳距離，而基于極小3-跳3-支配集的移動信標(biāo)節(jié)點路徑規(guī)

7、劃策略的主要思想是對網(wǎng)絡(luò)生成的極小3-跳3-支配集中的節(jié)點，采用流浪推銷員算法進(jìn)行遍歷，從而規(guī)劃出信標(biāo)節(jié)點的優(yōu)化移動路徑，形成一系列虛擬簇頭節(jié)點。仿真結(jié)果表明：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點密度較大時，基于DEND算法的多跳距離估算方法能保持較小的平均距離估算誤差；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的連通性較好時，VCMBLA算法能夠達(dá)到較好的定位精度；與DV-Hop算法相比，在相同的信標(biāo)節(jié)點比例條件下，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點密度較大時，VCMBLA算法的定位精度要優(yōu)于DV-Hop算法的定位精度