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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。

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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