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无线传感器网络节点相对定位算法研究

作　者: 陈寒
导　师: 李仁发
学　校: 湖南大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络 定位算法 节点自身定位 相对定位
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 631次
引　用: 9次
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内容摘要


无线传感器网络在军事国防、环境监测、抢险救灾和危险区域的远程控制等诸多领域具有广泛的应用前景。网络节点或监测目标的定位是其中众多应用的一个关键条件。而且无线传感器网络的某些路由机制、覆盖信息、负载均衡和拓扑控制等都依赖于网络中传感器节点的位置信息。因此,定位在无线传感器网络的应用、运行和管理等方面有着重要作用;针对无线传感器网络节点自身定位技术的研究具有重要的理论与实际意义。无线传感器网络中的定位问题包括节点自身定位和外部目标定位两部分,其中后者依赖于前者。本文研究的用于无线传感器网络节点自身定位的相对定位算法――聚类SPA算法(scalable and distributed GPS free positioning for sensor networks),是该研究领域内一种经典的相对定位算法。它首次提出以节点聚类方式在无锚节点和无须预先配置网络基础设施的条件下,构建覆盖无线传感器网络的相对坐标系来进行节点定位,并具有良好的扩展性能。但其不足在于定位过程通信开销过大,进而对节点能耗、网络通信负载和定位时耗都造成不良影响。本文提出相应的改进方法――局部坐标系构建过程中辅助节点对的优化选择方法和全局坐标系构建过程中局部坐标系的优化合并策略,可在不影响原算法定位覆盖率的前提下,有效降低它在构建本地局部坐标系和合并构建网络全局坐标系这两个主要过程中的通信开销。最后在J-Sim网络仿真平台上进行仿真实验,对比算法在改进前后的定位覆盖率、定位误差率和通信开销值,结果说明改进方案可行,改进后的算法更具有实用性。

全文目录


摘要  7-8
Abstract  8-9
插图索引  9-10
附表索引  10-11
第一章 绪论  11-14
  1.1 项目来源  11
  1.2 研究课题的目的与意义  11-12
  1.3 研究内容  12
  1.4 本文主要工作  12-13
  1.5 论文结构  13-14
第二章 相关研究综述  14-26
  2.1 无线传感器网络  14-18
    2.1.1 无线传感器的体系结构  14-15
    2.1.2 无线传感器网络的体系结构  15
    2.1.3 无线传感器网络的协议层次  15-16
    2.1.4 无线传感器网络的相关应用  16-17
    2.1.5 无线传感器网络的研究现状  17-18
  2.2 无线传感器网络定位算法的研究现状  18-24
    2.2.1 定位算法的相关概念  18-19
    2.2.2 节点二维坐标计算方法  19-21
    2.2.3 定位算法的评价体系  21-22
    2.2.4 定位算法的分类  22-24
  2.3 无线传感器网络仿真方法的研究现状  24-25
    2.3.1 现有的网络模拟仿真平台  24-25
  2.4 小结  25-26
第三章 基于聚类SPA 相对定位算法的改进  26-37
  3.1 聚类SPA 相对定位算法的分析  26-29
    3.1.1 SPA 相对定位算法的主要思想  26-28
    3.1.2 聚类SPA 相对定位算法的主要思想  28-29
  3.2 聚类SPA 相对定位算法的改进  29-33
    3.2.1 针对局部坐标系构建的分析与改进  29-31
    3.2.2 针对全局坐标系构建的分析与改进  31-33
  3.3 改进后算法的描述  33-36
    3.3.1 节点定位将使用的四种消息类型  33-34
    3.3.2 算法运行过程描述  34
    3.3.3 算法伪代码  34-36
  3.4 小结  36-37
第四章 基于J-Sim 的WSN 建模与仿真  37-45
  4.1 J-SIM 的基本架构与仿真原理  37-39
    4.1.1 J-Sim 的基本架构与软件包  37-38
    4.1.2 J-Sim 的自治组件体系结构(ACA)  38-39
    4.1.3 J-Sim 的仿真机制  39
  4.2 J-SIM 的网络建模和仿真方法  39-40
  4.3 J-SIM 环境下的无线传感器网络建模与仿真  40-44
    4.3.1 J-Sim 无线传感器网络建模仿真性能  40-41
    4.3.2 J-Sim 环境下的无线传感器网络建模  41-43
    4.3.3 J-Sim 环境下的无线传感器网络仿真  43-44
  4.4 小结  44-45
第五章 仿真实验和分析  45-58
  5.1 定位算法模块设计  45-49
  5.2 仿真程序设计  49-54
    5.2.1 配置网络参数  50
    5.2.2 创建仿真对象  50-52
    5.2.3 设定仿真场景  52-53
    5.2.4 保存仿真数据  53
    5.2.5 仿真过程控制  53-54
  5.3 性能评价指标  54
  5.4 协议比较与性能分析  54-57
  5.5 小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-63
致谢  63-64
附录 A (攻读硕士期间发表论文和参与项目)  64

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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