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无线传感器网络定位算法研究与应用

作　者: 王森
导　师: 吴立刚
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 无线传感器网络 RSSI 定位算法三维视景应用
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 105次
引　用: 1次
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内容摘要

无线传感器网络作为一种新兴技术在现代工业、生活等各方面得到了越来越广泛的应用。随着国家对物联网产业的大力推进,作为物联网核心技术之一的无线传感器网络也将得到蓬勃发展。定位是无线传感器网络的一项关键技术,对于定位的研究将为其它各类应用打下坚实基础。本论文对无线传感器网络定位算法的研究从定位的三个步骤分别进行:1)、距离估算部分分析了RSSI测距的四种模型,并针对信号强度易受干扰的特性设计了包含异常数据处理的两步处理方法。2)、位置计算部分提出了锚节点边缘分布这种新颖的节点布置方式,并对所具有的特性进行了探讨,给出了病态未知节点的概念。采用两种不同节点布置方式下数值仿真比较的方法对位置计算方法进行了分析与比较。3)、位置更新部分介绍了基于最优化方法设计定位求精算法的思想,在此基础上设计了提速定位求精算法,并与最速下降等定位求精算法进行仿真比较。同时,给出了集中式与分布式中几种定位求精算法的选取原则。在基于数值仿真对定位算法研究与设计后,本论文将算法应用到实际无线传感器网络定位系统中进行实验测试:1)、从通信协议的设计、Z-Stack协议栈的二次开发、人机交互平台的搭建等方面分别对自主设计、搭建的定位平台进行论述。2)、论文介绍了三维视景仿真技术并将其应用到人机交互平台中,突破了现有大多数定位平台为二维空间的现状。3)、在采用Matlab与Visual C++混合编程的方法实现定位算法后,介绍了算法实际应用环境和流程,并与CC2431进行比较后给出最终实验结果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 问题的提出与意义  9-10
    1.1.1 问题的提出  9
    1.1.2 研究的意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 主要研究工作  12-13
  1.4 论文结构和章节安排  13-15
第2章无线传感器网络定位相关理论  15-24
  2.1 引言  15
  2.2 相关概念及术语  15-16
  2.3 定位实施步骤  16-17
  2.4 节点间测距基本方法  17-18
    2.4.1 基于到达时间  17
    2.4.2 基于到达时间差  17-18
    2.4.3 基于接收信号强度指示  18
  2.5 节点位置计算基本方法  18-21
    2.5.1 三边测量法  18-19
    2.5.2 极大似然估计法  19-21
  2.6 定位算法分类  21
    2.6.1 无需测距定位算法  21
    2.6.2 基于测距定位算法  21
  2.7 定位性能评价  21-23
  2.8 本章小结  23-24
第3章 RSSI模型和测距  24-35
  3.1 引言  24
  3.2 信号传播的RSSI物理模型  24-29
  3.3 基于数据拟合的RSSI实际模型  29-31
    3.3.1 RSSI数据获取  29-30
    3.3.2 数据拟合  30-31
  3.4 测距的数据处理  31-34
    3.4.1 数据处理的必要性  31
    3.4.2 数据处理的步骤  31-33
    3.4.3 仿真分析  33-34
  3.5 距离估算  34
  3.6 本章小结  34-35
第4章定位算法和求精  35-56
  4.1 引言  35
  4.2 两种节点分布方式  35-38
    4.2.1 两种节点分布的介绍  35-36
    4.2.2 位置计算方法  36-38
  4.3 锚节点分布在定位区域边缘的定位算法  38-45
    4.3.1 节点分布特点  38
    4.3.2 典型定位算法  38-40
    4.3.3 改进的定位算法  40-42
    4.3.4 仿真分析  42-45
  4.4 锚节点随机分布在定位区域中的定位算法  45-47
  4.5 最优化方法和定位求精  47-52
    4.5.1 最优化问题  48-49
    4.5.2 定位求精转化为最优化问题  49
    4.5.3 基于最速下降法的定位求精  49-52
  4.6 改进的定位求精算法  52-55
    4.6.1 .算法思想  52-53
    4.6.2 算法步骤  53
    4.6.3 仿真分析  53-55
  4.7 本章小结  55-56
第5章定位平台设计、实现与应用  56-68
  5.1 引言  56
  5.2 ZigBee系统介绍  56-57
    5.2.1 硬件平台和ZigBee系统组成  56-57
    5.2.2 Z-Stack协议栈  57
  5.3 下位机实现  57-60
    5.3.1 协议栈数据协议  58-59
    5.3.2 协议栈二次开发  59-60
  5.4 上位机实现  60-63
    5.4.1 三维视景建模与配置  60-61
    5.4.2 无视景定位平台的设计与实现  61-62
    5.4.3 三维视景人机交互定位平台  62-63
  5.5 定位算法应用与结果  63-67
    5.5.1 定位算法应用  63-64
    5.5.2 实验环境  64-65
    5.5.3 实验流程  65
    5.5.4 实验结果  65-67
  5.6 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-74
致谢  74

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