無線傳感器網(wǎng)絡能耗均衡路由及非視距移動節(jié)點定位研究.pdf

1、集傳感器技術、微機電技術、嵌入式計算與無線通信等技術于一體的無線傳感器網(wǎng)絡，能夠?qū)崟r監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其進行處理，傳送給需要此信息的用戶。無線傳感器網(wǎng)絡具有十分廣闊的應用前景，如國防軍事、環(huán)境檢測、醫(yī)療衛(wèi)生等，將會給人類生活的各個領域帶來深遠的影響。能耗均衡路由協(xié)議和非視距環(huán)境下移動節(jié)點定位機制一直是無線傳感器網(wǎng)絡的重要研究內(nèi)容，本論文針對以上兩個關鍵技術進行了系統(tǒng)、深入的研究。主要研究內(nèi)容和成果體現(xiàn)在以下幾

2、個方面:
　　分析了節(jié)點能量消耗因素并建立了節(jié)點能耗模型，針對無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)易形成網(wǎng)絡空洞的問題，提出了一種能量消耗均衡的路由算法。采用分環(huán)策略將網(wǎng)絡進行環(huán)形分割，并利用能量均衡公式確定每個環(huán)內(nèi)節(jié)點的個數(shù)，以實現(xiàn)環(huán)間節(jié)點能量消耗均衡;通過環(huán)內(nèi)能量平衡路由算法，以實現(xiàn)環(huán)內(nèi)節(jié)點能耗平衡，延長了網(wǎng)絡壽命。
　　考慮到節(jié)點位置誤差對地理路由的影響，提出了一種具有位置誤差的能耗均衡地理路由算法。根據(jù)源節(jié)點估計出的與下一跳候

3、選節(jié)點間的期望距離、期望角度和節(jié)點剩余能量建立目標函數(shù)，并采用主元分析法計算該三項指標的加權因子，在此基礎上選擇使目標函數(shù)值最大的節(jié)點作為下一跳節(jié)點建立路由機制。該算法在保證網(wǎng)絡能耗均衡的同時，提高了數(shù)據(jù)傳輸成功率。
　　分析了非視距誤差對移動節(jié)點定位的影響，提出了一種基于誤差先驗知識的非視距移動節(jié)點定位算法。根據(jù)視距和非視距誤差先驗知識，鑒別距離測量值中是否包含非視距誤差;若包含則根據(jù)計算出的個數(shù)比對非視距誤差進行校正，采用校正

4、后的測量值計算移動節(jié)點的位置。該算法削弱了非視距誤差，明顯提高了定位精度。
　　將濾波方法引入到移動節(jié)點定位中，提出了一種基于平行卡爾曼濾波的非視距定位算法。將測量值分別輸入到基于視距和非視距誤差先驗知識的卡爾曼濾波器中，分別得到兩個濾波器的輸出估計值;然后根據(jù)馬爾可夫轉(zhuǎn)換模型，計算出兩個濾波器輸出值的加權因子，從而進行線性加權數(shù)據(jù)融合，得到校正后的測量值對移動節(jié)點進行定位。該算法較好的抑制了非視距誤差，提高了移動節(jié)點的定位精度。

5、
　　針對非視距誤差參數(shù)不易獲得的問題，提出了一種基于非參數(shù)法的非視距定位算法。通過極大似然法估計出移動節(jié)點的初始位置，根據(jù)初始估計位置與信標節(jié)點間的殘差，鑒別出視距環(huán)境下的測量值，從而對移動節(jié)點進行定位。該算法無需事先獲得非視距誤差參數(shù)，且實現(xiàn)了對非視距誤差的有效抑制。
　　本文系統(tǒng)地研究了無線傳感器網(wǎng)絡能耗均衡路由協(xié)議和非視距環(huán)境下移動節(jié)點定位的理論，并對提出的相關算法進行了仿真實驗。通過與其他方法的對比分析，證明了本文