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基于无线传感器网络节点定位算法的研究

作 者: 刘世海
导 师: 柴乔林;王英龙
学 校: 山东大学
专 业: 计算机技术
关键词: 无线传感器网络 节点自身定位 接收信号强度(RSSI) 加权质心定位算法
分类号: TN929.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


随着无线通信技术、传感器技术、嵌入式技术的发展,具有一定感知能力、计算处理能力和无线通信功能的微型传感器以及在有其构成的无线传感器网络(WSN)引起了广泛的关注。本文研究了在室内环境下无线传感器网络的信道衰落模型,并且根据该模型的衰落特征,构建了一个室内环境下无线传感器网络节点部署的仿真系统。本文首先对无线传感器网络的节点自身定位问题进行简单介绍,分类总结了近年来提出的各种无线传感器网络节点自身定位问题的方法和研究成果,着重讨论了一些典型的无线传感器网络节点自身定位算法与协议。但是在无线传感器网络实际工程应用的节点定位和节点部署中由于受周围墙体和环境的影响,使无线传感器网络的信号在进行信道传输时,这些算法和协议误差明显。因此我们针对实际工程应用中的需求,改进了RSSI+节点质心定位的定位算法,以期解决自身定位中存在的问题。针对无线传感器网络节点自身定位算法的不确定性,我们对RSSI+节点质心定位的定位算法进行了改进。在考虑算法的复杂性和精确性之间找一个合理的平衡点,将RSSI方法和加权质心定位算法相结合,利用RSSI得到的参数来修正加权质心定位算法的定位结果,从而降低RSSI测距定位算法的复杂性,提高加权质心定位算法的精确性,达到算法能耗和精度的平衡。将这个算法和传统无线传感器网络节点自身定位模型进行比较,实验数据表明此定位模型在实际网络的节点定位和节点部署中的作用优于其他无线传感器网络节点定位算法和协议,对无线传感器网络的实际工程应用具有一定的指导意义。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第一章 绪论  10-24
  1.1 无线传感器网络的概述  10-13
    1.1.1 无线传感器网络的界定  10-11
    1.1.2 无线传感器网络的发展过程  11-12
    1.1.3 无线传感器网络的特点  12
    1.1.4 无线传感器网络的逻辑架构  12-13
  1.2 无线传感器网络的关键技术  13-16
    1.2.1 路由协议  13-14
    1.2.2 MAC协议  14-15
    1.2.3 拓扑控制  15
    1.2.4 定位技术  15
    1.2.5 时间同步技术  15-16
    1.2.6 安全技术  16
    1.2.7 数据融合技术  16
  1.3 无线传感器网络的研究现状和应用前景  16-22
    1.3.1 无线传感器网络的国内外研究现状  16-17
    1.3.2 无线传感器网络的应用领域  17-19
    1.3.3 无线传感器网络所面临的挑战和发展趋势  19-22
  1.4 本文的主要研究内容和组织结构  22-24
第二章 无线传感器网络节点定位算法  24-32
  2.1 无线传感器网络自身定位系统和算法的性能评价  24-26
  2.2 无线传感器网络的节点定位机制  26-27
  2.3 不基于测距的定位算法  27-30
    2.3.1 质心法  27
    2.3.2 DV-Hop算法  27-28
    2.3.3 Amorphous算法  28
    2.3.4 APIT算法  28-30
    2.3.5 几种不基于测距的定位算法的比较  30
  2.4 小结  30-32
第三章 基于RSSI测距研究  32-40
  3.1 测距法比较  32-33
  3.2 无线信号传播模型  33-35
    3.2.1 信号传播的经验模型  33
    3.2.2 信号传播理论模型  33-35
      3.2.2.1 Free-space模型  33-34
      3.2.2.2 Two-ray Ground Reflection模型  34
      3.2.2.3 Shadowing模型  34-35
  3.3 环境对RSSI测量影响  35-38
  3.4 RSSI测距  38-40
    3.4.1 实验平台  38-39
    3.4.2 RSSI与LQI的获取  39-40
第四章 基于ZigBee的无线传感器网络加权质心定位算法  40-56
  4.1 WSN定位算法概述  40-44
    4.1.1 节点定位机制分析  40-42
      4.1.1.1 三边测量法  40-41
      4.1.1.2 三角测量法  41
      4.1.1.3 极大似然估计法(Maximum Likelihood Estimation)  41-42
    4.1.2 相关研究  42-44
  4.2 基于RSSI的无线传感网络加权质心定位算法  44-47
    4.2.1 定位算法的原理  44-46
    4.2.2 加权质心算法的权值计算  46
    4.2.3 算法过程  46-47
  4.3 实验及其结果分析  47-49
    4.3.1 测试环境  47-48
    4.3.2 结果分析  48-49
  4.4 实验结论  49-51
    4.4.1 测量结果  50-51
  4.5 几种模型  51-56
    4.5.1 传统模型分析RSSI  51
    4.5.2 基于固定节点间距离的校正模型  51-52
    4.5.3 高斯模型  52-54
    4.5.4 结果分析  54-56
第五章 总结及亟待解决的问题  56-58
  5.1 无线传感器网络节点定位算法的总结  56
  5.2 室内环境下无线传感器网络节点部署模型的亟待解决问题  56-58
附录  58-67
参考文献  67-71
致谢  71-72
学位论文评阅及答辩情祝表  72

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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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