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基于RSSI的WSN抗干扰定位算法研究与实现

作 者: 毕伟伟
导 师: 徐久强
学 校: 东北大学
专 业: 计算机系统结构
关键词: 无线传感器网络节点定位 RSSI 抗干扰 D-Gaussian R-EWMA
分类号: TN929.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 12次
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内容摘要


无线传感器网络是一类以应用为中心的网络,而节点定位问题是无线传感器网络进行目标识别、监控、跟踪等众多应用的前提,也是传感器网络研究中的热点问题之一。传统的定位方法或者需要额外硬件的辅助,或者定位精度不高。因此,在无线传感器网络环境下实现一种有效、廉价、实用化的节点定位算法对于传感器网络技术性能提高和实用性保证有重要的理论意义和应用价值。基于RSSI的定位方法不需要额外硬件,但RSSI受外界因素(如环境、多径效应等)影响较大。本文在对节点环境与天线方向两个方面对干扰进行研究的基础上,归纳出两种级别的干扰:方差级干扰与均值级干扰。针对这两种干扰,本文从两个层面对RSSI进行修正:首先在RSSI采集阶段提出一种基于离差的高斯模型(D-Gaussian)对方差级干扰进行过滤,以提高RSSI信号的可用性;其次在测距阶段,引入一种EWMA动态窗口机制并将其命名为R-EWMA,对均值级干扰进行处理。同时,根据不同应用,可以在稳定性与灵敏性之间进行调节,以拓宽算法的应用领域。实验结果表明,本文的研究工作有效地缓解了在传统定位算法中硬件成本与定位精度之间的矛盾,对RSSI的处理可以从根本上减少了基于RSSI定位算法误差的引入。同时,通过R-EWMA算法,从测距层面进一步减少了RSSI对定位精度的影响。当然,在提高定位精度的同时,算法也引入较大的定位时延和计算复杂度。

全文目录


摘要  5-6
英文摘要  6-11
第1章 绪论  11-17
  1.1 选题背景及研究意义  11
  1.2 WSN中定位算法对比分析  11-16
    1.2.1 WSN定位发展现状  11-13
    1.2.2 定位算法分析  13-16
  1.3 论文组织结构  16-17
第2章 RSSI筛选模型  17-39
  2.1 实验平台的构建  17-23
    2.1.1 硬件平台  17-18
    2.1.2 软件平台  18-19
    2.1.3 WSN定位可视化系统设计与实现  19-23
  2.2 RSSI产生机制  23-24
  2.3 RSSI的不稳定性  24-27
  2.4 两种级别干扰  27-28
  2.5 RSSI传统分析模型  28-30
    2.5.1 随机数模型  28
    2.5.2 统计均值模型  28
    2.5.3 改进的统计均值模型  28-30
  2.6 D-Gaussian RSSI分析模型  30-36
    2.6.1 D-Gaussian模型的建模思想  30
    2.6.2 D-Gaussian模型提出  30-31
    2.6.3 D-Gaussian模型标准差分析  31-33
    2.6.4 功率级对标准差的影响  33-34
    2.6.5 D-Gaussian处理RSSI数据的原则  34-35
    2.6.6 D-Gaussian模型执行流程  35-36
  2.7 测试与评价  36-38
  2.8 本章小结  38-39
第3章 基于R-EWMA的RSSI测距评估  39-51
  3.1 测距技术对比分析  39-40
  3.2 RSSI测距模型  40-42
    3.2.1 基于固定节点间距离的校正模型  40
    3.2.2 回归分析  40-41
    3.2.3 基于无线电传播路径损耗模型测距分析  41-42
  3.3 基于EWMA的R-EWMA算法  42-47
    3.3.1 R-EWMA算法的提出  42-43
    3.3.2 移动平均算法(MA)  43-44
    3.3.3 R-EWMA算法  44-47
  3.4 测试与评价  47-50
    3.4.1 灵敏性测试  47-49
    3.4.2 稳定性测试  49-50
  3.5 本章小结  50-51
第4章 定位实现及性能评估  51-69
  4.1 三边测量算法误差理论分析  51-54
    4.1.1 三边测量定位算法的数学模型  51-52
    4.1.2 三边测量定位算法误差分析  52-54
    4.1.3 三边测量算法定位过程  54
  4.2 定位实验设计  54-58
    4.2.1 定位拓扑与定位模式  55
    4.2.2 节点数据结构  55-57
    4.2.3 实验场景及实验参数设置  57-58
    4.2.4 误差及定位精度定义  58
  4.3 实验结果与分析  58-67
    4.3.1 定位精度分析  58-61
    4.3.2 灵敏性与稳定性分析  61-65
    4.3.3 定位精度与锚节点数目的关系  65-66
    4.3.4 定位复杂度分析  66-67
  4.4 本章小结  67-69
第5章 总结与展望  69-71
  5.1 工作总结  69
  5.2 工作展望  69-71
参考文献  71-75
致谢  75-77
攻读硕士期间发表的论文  77

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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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