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无线传感器网络节点的三维定位算法研究

作　者: 李川
导　师: 胡光岷
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线传感器网络三维假设全局定位移动重定位
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在无线传感器网络应用中,为了关联监测事件和其发生位置,需要进行节点定位。现有无线传感器网络节点定位算法大都假设所有节点在一个二维平面上,基本思路是利用距离、角度等关系建立多个方程组或一个大型方程组,求解得到节点位置坐标,这样的算法我们称为二维定位算法。在实际应用中,无线传感器网络节点应在一个三维空间中,节点的定位是在三维空间中定位,也就是说我们应该研究三维定位算法。在三维定位算法中,由于每一个节点增加了一个未知数且测量值精度受各种因素的影响,导致方程组解的唯一性和稳定性受到影响,因此目前少见使用的三维定位算法。本文的主要思想是通过引入已知的地形信息作为约束,改善三维定位算法的准确性,由于电子地形图已相当普及,所以此思路有其实际意义。我们首先根据特点不同将定位过程分为两个阶段:一、网络初始化后的全局定位阶段,这一阶段已知少量锚节点信息,需对大量未知节点进行初始定位;二、在网络稳定后节点的移动重定位阶段,这一阶段中已知大部分参考节点信息,仅需对个别移动节点进行重定位。1、在初始的全局定位阶段,本文改进了基于锚节点推广的无线传感器网络节点定位算法。首先设计了三维定位满足的几何关系,提出新的节点误差判断标准和参考节点选择标准。本文在方程组求解过程中引入地形信息进行优化,并提出了两种算法改进策略减少定位误差。此方法的优点是仅需要少量的锚节点就能达到节点的全局定位。2、在节点移动重定位阶段,本文推广了APIT算法并设计相关协议完成定位。首先设计了利用APIT进行三维移动重定位协议,此协议规定了具体的节点行为、记录表项设计等,并为后续计算收集必要信息。然后对APIT算法进行三维推广。在具体的节点定位时,采用了结合地形信息的最优化方法,兼顾定位效率及准确率。这一方法的优点是定位简单,能较快完成定位。文中提出的算法均在Windows平台下利用Matlab进行了仿真,从仿真结果可以看出,在两种定位情况下,所提出的无线传感器网络三维定位方法都取得了令人满意的结果,验证了算法的有效性。本文所提出的算法因为更有针对性,从而在地形复杂或者大范围节点定位情况下能够较好适用。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章引言  14-20
  1.1 研究背景  14-17
    1.1.1 无线传感器网络概述  14
    1.1.2 无线传感器网络定位研究意义  14-16
    1.1.3 无线传感器网络定位研究现状  16-17
  1.2 本文研究主要内容及意义  17
  1.3 作者主要工作  17-18
  1.4 论文结构  18-20
第二章无线传感器网络定位算法研究  20-28
  2.1 传感器网络计算模型分析  20-21
  2.2 两种二维无线传感器网络算法  21-28
    2.2.1 基于测距的无线传感器网络锚节点推广定位算法  22-25
    2.2.2 基于非测距的APIT 无线传感器网络节点定位算法  25-28
第三章基于地形信息的WSN 网络全局定位算法  28-44
  3.1 问题的提出  28-29
  3.2 基于地形信息的三维WSN 网络节点定位算法  29-34
    3.2.1 三维节点定位对比算法  29-30
    3.2.2 基于地形信息的三维节点定位算法  30-32
    3.2.3 误差累计处理  32-33
    3.2.4 算法流程设计  33-34
  3.3 定位算法优化技术  34-37
    3.3.1 动态优化搜素算法流程  34-36
    3.3.2 改进的锚节点选取策略  36-37
  3.4 仿真结果及分析  37-43
    3.4.1 仿真环境及模型简介  37-38
    3.4.2 两种节点定位方案的误差比较  38-39
    3.4.3 初始锚节点数量对效果的影响  39-42
    3.4.4 采用改进的锚节点选取策略效果  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章基于三维APIT 算法的WSN 网络节点移动重定位协议  44-66
  4.1 问题的提出  44-47
    4.1.1 节点移动重定位问题  44
    4.1.2 利用地图信息的移动重定位对比方案  44-45
    4.1.3 利用三维APIT 算法的移动重定位方案  45-47
  4.2 利用三维APIT 算法的移动重定位协议  47-59
    4.2.1 协议的几个关键假设  47-48
    4.2.2 基于APIT 的节点移动重定位协议设计的基本思想  48-49
    4.2.3 基于APIT 的节点移动重定位协议具体设计  49-59
  4.3 三维推广的APIT 算法  59-63
    4.3.1 三维推广的APIT 算法设计  59-61
    4.3.2 三维推广的APIT 算法步骤  61-63
  4.4 仿真和分析  63-65
  4.5 本章总结  65-66
第五章结论  66-68
  5.1 全文总结  66-67
  5.2 将来的工作  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
个人简历  72
攻读硕士学位期间的研究成果  72
攻读硕士学位期间参与的科研项目  72-73

无线传感器网络节点的三维定位算法研究

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