面向物联网的无线网络路由及节点定位研究

发布时间：2018-03-19 18:08

本文选题：物联网　切入点：无线网络路由　出处：《吉林大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：物联网是指通过信息传感设备,按照约定的协议,把任何物品与互联网连起来,进行自主信息交换,并为人们提供有用的信息,以实现人们对事物的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网在工业、交通、物流、电力、环保、军事、公共安全、日常生活等方方面面都具备应用潜力,目前也得到了众多学者的关注。物联网极大改善人们的生活质量,并给人们的生活方式带来了巨大的变化。我国根据国情提出“互联网+”、“工业4.0”等无不是依托物联网技术进行的生产生活方式变革。物联网被认为是世界下一次信息技术浪潮和新经济引擎,将对世界经济、政治、文化、军事、社会都将产生无比巨大的影响。物联网的发展使以电池为供电电源的能量受限传感设备有了接入互联网的需求。而其能量受限的特性使无线数据传输能耗控制成为应用研究的重点之一。6Lo WPAN协议栈以无缝连接IPv6互联网与低功耗无线节点为目标,其所包含的RPL路由协议具备连接海量物联网节点的能力,逐渐成为了事实上的物联网协议标准,已被Bluetooth、Zig Bee等经典无线传输协议所支持并逐渐应用。信息质量感知技术以传感器采集数据的信息质量为依据,仅传输传感器网络所需的感兴趣事件发生情况下具有价值的信息,降低了传输无效数据的冗余度,起到了较好的降低能耗效果。因此,研究6Lo WPAN中的RPL路由协议与信息质量感知技术相结合,利用信息质量理论构建DODAG,成为降低无线节点能耗亟待解决的问题。另一方面,借助于无线网络,节点通过相互通信可以确定彼此间的关系,再辅助以参考节点的位置和无线测距技术,即可实现无线网络节点的定位。目前现有的无线网络节点定位技术在性能指标上存在着定位精度不高,自适应能力不强,算法计算量偏大等问题。因此,深入研究基于无线网络的节点定位技术,提高定位精度,降低定位算法计算复杂度,具有重要的意义。针对面向物联网的路由问题和无线节点定位问题,本文以提高性能和延长网络寿命为目标,从分析应用的不同特点入手,分别做出以下几方面的贡献:1.提出了一种用于低功耗和有损网络的信息质量感知DODAG构建机制,用于面向事件检测的RPL网络DODAG构建性能的提高。首先讨论了噪声干扰对基于RPL的LLN中DODAG构造的影响,提出了利用邻居列表对干扰下DODAG构建的优化方法。该方法以通过在联网过程中增加平均小于1个控制消息的开销来构造更高效的DODAG,进而降低数据传输的成本。然后利用信息质量衡量传感器采集的数据,并通过构建本地DODAG进行数据融合和传输,降低事件检测网络中数据传输的成本。仿真结果表明,在保证信息质量的前提下,数据传输能耗最高降低70%。2.提出一种基于离散度的WKNN位置指纹定位方法。从位置指纹数据与实际采样值的相关性入手,首先通过聚类算法对离线位置指纹数据进行分类,排除与实测采样值差别较大的数据,增大位置指纹数据与采样值的相关性,降低位置匹配算法的计算量;然后,根据与实测采样值位置指纹数据的离散程度,对离散程度不同的位置指纹数据赋予不同的权值,利用加权K近邻法估计待定位位置。通过实际场景的测试表明,该算法在定位精度上优于原有的以欧氏距离作为权重系数的WKNN算法,且误差波动较小。本算法对于基于Wi-Fi的无线定位问题具有一定的参考价值。3.提出基于剩余能量成簇的分布式距离误差校正MDS-MAP定位方法:(1)提出基于剩余能量的传感器网络分簇算法,使得网络分簇均衡,簇内利用分布式MDS-MAP算法进行定位降低定位误差;(2)在簇内对于无法直接得到节点间距的情况,通过邻近节点几何关系,应用多跳距离校正算法来校正多跳节点间距离,降低采用最短路径距离作为定位条件下的定位误差;(3)对于无法通过邻近节点几何关系校正多跳距离的节点,通过多跳关系近似得到多跳节点间距离;(4)在簇内定位结束后通过簇间坐标融合和绝对坐标变换得到定位结果。该方法在降低误差的同时减少了定位算法应用的计算量,降低了节点能耗。仿真结果表明定位性能优于经典MDS-MAP及MDS-MAP(P)算法。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN929.5;TP391.44

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