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一种基于ZigBee的无线传感器网络定位方法设计与实现
作 者: 胡淼
导 师: 陶正苏
学 校: 上海交通大学
专 业: 仪器仪表工程
关键词: 无线传感网络 ZigBee 定位 复合式定位算法 Z-Stack
分类号: TP212.9
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
无线传感器网络是集无线通信、数据采集和信息处理功能于一体的新型分布式自组织数据采集网络。对于无线传感网络应用系统来说,节点的位置信息十分重要,它决定了节点采集的信息是否有用。因此,节点定位技术是无线传感器网络中的关键技术。无线传感器网络节点的定位问题是根据少数已知位置的节点,按照某种定位机制来确定自身位置。本文依托实际项目,基于ZigBee技术背景,IEEE802.14.4标准,开展了无线传感器网络中节点的定位技术的研究。主要工作内容包含以下几个方面:(1)在对现有无线传感器网络定位算法进行详细分析的基础上,归纳了这些算法的特点,找出了这些算法的本质,提出了一种新的算法分类方法。(2)对现有的定位算法进行实际仿真,分析了这些算法的缺陷,在此基础上提出了一种复合式定位算法。并通过仿真对比,验证了复合式定位算法能够有效的提高节点的定位精度,并利用现有的硬件条件,搭建了一个实验平台,验证了该算法的可行性。(3)针对大规模网络中随机布点的不确定性,提出了基于虚拟力模型的移动信标节点使用方法,并通过仿真验证了该模型能使信标节点的分布更理想,最终提高定位算法精度。
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全文目录
摘要 5-7 Abstract 7-14 英语缩略语表 14-16 第一章 绪论 16-23 1.1 研究背景 16-17 1.2 无线传感网络概述 17-21 1.2.1 无线传感网络的结构与体系 17-19 1.2.2 无线传感器网络的特征 19-21 1.3 课题的意义 21-22 1.4 论文研究内容及章节安排 22-23 第二章 IEEE802.15.4 标准及ZigBee 协议 23-36 2.1 常用的几种短距离无线通信技术 23-25 2.2 ZigBee 协议栈结构 25-26 2.3 ZigBee 网络拓扑结构 26-28 2.4 ZigBee 的通信规范 28-34 2.4.1 Zigbee 的帧结构 28-30 2.4.2 超帧结构 30-31 2.4.3 ZigBee 的数据传输模型 31-34 2.5 Zigbee 的技术优点 34-35 2.6 本章小节 35-36 第三章 无线传感网络的节点定位技术 36-54 3.1 定位技术概述 36-40 3.1.1 传感器网络中定位算法的特征 36-37 3.1.2 定位算法的基本概念 37 3.1.3 计算节点位置的基本方法 37-40 3.2 无线传感网络定位算法分类 40-42 3.3 基于距离的定位算法(Range-Based)) 42-45 3.3.1 基于到达时间(Time of Arrival,TOA)的定位 42 3.3.2 基于到达时间差(Time Difference on Arrival,TDOA)的定位 42-43 3.3.3 基于到达角度(Angle of Arrival,AOA)的定位 43-44 3.3.4 基于接收信号强度指示(RSSI)的定位 44-45 3.4 距离无关定位算法(Range-Free) 45-50 3.4.1 质心算法 46 3.4.2 DV-hop 定位算法 46-47 3.4.3 APIT 定位算法 47-48 3.4.4 Amorphous 定位算法 48-49 3.4.5 MDS-MAP 定位算法 49-50 3.4.6 其他定位算法 50 3.5 现有算法总结 50-51 3.6 定位算法的分类设计 51-52 3.7 本章小节 52-54 第四章 复合式定位算法设计 54-78 4.1 与距离无关定位算法的实际性能分析 54-64 4.1.1 算法性能的评价标准 54-55 4.1.2 实验平台 55-56 4.1.3 测距类定位算法性能分析 56-58 4.1.4 区域估算类算法性能分析 58-63 4.1.5 实验分析 63-64 4.2 移动信标节点 64-69 4.2.1 规定线路的移动信标节点 65-66 4.2.2 信标节点自主移动 66-69 4.3 复合式定位算法流程 69-70 4.4 算法仿真 70-76 4.4.1 仿真设置 70-71 4.4.2 虚拟力模型仿真 71-74 4.4.3 复合式定位算法的仿真 74-76 4.4.4 仿真结果分析 76 4.5 本章小节 76-78 第五章 基于ZigBee 的定位方法设计 78-88 5.1 Z-Stack 协议栈 78-82 5.1.1 基本结构 78-79 5.1.2 寻址方式 79-81 5.1.3 协议栈流程 81-82 5.2 实验硬件平台 82 5.3 基于Z-Stack 的复合式定位算法实现 82-87 5.3.1 实验设计 82-83 5.3.2 定位通信流程 83-85 5.3.3 程序设计 85-87 5.4 实验结果 87 5.5 本章小节 87-88 第六章 总结与展望 88-90 6.1 全文工作总结 88 6.2 研究展望 88-90 参考文献 90-93 致谢 93-94 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 94
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器(变换器)、传感器 > 传感器的应用
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