无线传感器网络低功耗路由与节点目标跟踪定位研究

发布时间：2016-11-05 21:44

  本文关键词：无线传感器网络低功耗路由与节点目标跟踪定位研究，由笔耕文化传播整理发布。

《西安电子科技大学》 2011年

无线传感器网络低功耗路由与节点目标跟踪定位研究

高翔  

【摘要】：近年来，作为新兴的测控网络技术——无线传感器网络（Wireless SensorNetworks，WSN），伴随着微电子机械系统、计算机、通信、自动控制和人工智能等学科获得了飞速的发展。网络将大量具有通信与计算能力的微小传感器节点投放于监测区域，实时感知、采集并处理监测对象的信息，并且采用自组织、自适应和多跳协作的通信方式实现了将自然界的物理信息与逻辑世界信息的完美融合，改变了人类传统的生活方式。无线传感器网络因独具低功耗、易投放、高容错以及高精度测量的优点，使其在军事、商业和民用等领域都得到极其广泛的应用。 本论文根据前人的研究工作，分别从网络层和应用层，展开了对路由实现、传感器节点投放区域的通信覆盖以及传感器网络中目标跟踪定位技术的深入研究。在上述问题的研究中，针对不同的应用需求，在无线传感器网络的负载平衡、簇首节点优化选择、传感器节点优化投放分布以及对运动目标的高精度跟踪定位等方面提出了具有实际应用价值的改进算法，并通过计算机仿真对性能进行验证和评估。 具体的创新研究内容有： (1)根据无线传感器网络中因节点有效传输半径对路由选择的制约，改进基于最小生成树的分簇多跳路由算法，改善因路由选择对网络能耗的影响。该算法利用Voronoi图的泊松过程特性优化簇首节点数，并结合最小生成树动态调整簇内外节点的路由发现实现网络能耗优化。仿真结果表明该算法在开销容忍的前提下，网络均衡负载，并与相同仿真条件下的基于LEACH的分层多跳路由算法相比，更有效地延长了网络寿命，同时降低了计算时间复杂度。 (2)针对无线传感器网络中传感器节点投放分布对投放区域有效通信信号覆盖的影响，改进了一种基于通信覆盖的分布式投放概率覆盖算法。在保证投放精度的前提下，该算法根据传感器节点在投放区域中位置的不确定性以及信号衰减特性，建立信号覆盖模型，并通过信号覆盖率计算出各节点预定投放位置，由传感器节点的自定位算法获取定位信息为前提，获取节点的投放位置和投放数目。在改善区域通信覆盖的同时，提高了节点分布效率，达到节省网络资源的目的。通过仿真比较了在不同定位投放方法下的各相关性数据，验证了该算法可实现高效投放的优越性能。 (3)在关于无线传感器网络应用方面，提出了在实现投放区域有效通信信号覆盖的基础上保证局部能量有效损耗的路由设计要求，由此提出了基于多跳路径划分子空间的分簇路由算法。该路由算法在获得相应的节点拓扑分布的前提下实现了能量平均损耗，而节点拓扑的获取则通过采用高斯分布的定位误差模型与马尔可夫链性质相结合，改进了以前算法对于传感器节点拓扑结构的获取。通过对整个算法的仿真，，得到的相关数据证明了算法在实现网络硬件资源优化和能量有效损耗方面所具有的较好的性能。 (4)在对运动目标跟踪定位的研究中，对于无法得知目标的运动状态方程和观测噪声的概率密度分布的情况时，提出基于粒子滤波和曲线准线性优化的目标跟踪算法。算法利用传感器节点的感知圆的几何特性确定目标的运动区域的边界限制，借鉴cost reference粒子滤波算法，估计出目标的运动轨迹，随后通过曲线的线性近似简化了目标运动轨迹的估计，同时也获取了目标的速率的可控估计，仿真结果证明了所提算法的高效性。根据实际应用中可能出现部分的传感器节点失效的情况，引入了节点的失效检测，并以贝叶斯概率分布估计纠正失效节点对原目标状态做的判断，提高失效节点所在感知区域的容错能力，改善了目标跟踪定位的精度。

【关键词】：
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 彭清泉;裴庆祺;马建峰;庞辽军;;无线传感器网络中自治愈的群组密钥管理方案[J];电子学报;2010年01期

2 高翔;杨银堂;柴常春;周端;;无线传感器网络中基于区域通信覆盖的节点定位投放算法[J];电子与信息学报;2010年07期

3 崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽;无线传感器网络研究进展[J];计算机研究与发展;2005年01期

4 李勇,黄均才,王凤碧,尹峻勋;Ad hoc网络体系结构研究[J];计算机应用;2005年01期

5 王建刚;王福豹;段渭军;;加权最小二乘估计在无线传感器网络定位中的应用[J];计算机应用研究;2006年09期

6 王晨;殷勤业;王文杰;;无线传感器网络中一种高效的距离差估计方法[J];中国科学:信息科学;2010年04期

7 任丰原,黄海宁,林闯;无线传感器网络[J];软件学报;2003年07期

8 李建中,李金宝,石胜飞;传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展[J];软件学报;2003年10期

9 王福豹,史龙,任丰原;无线传感器网络中的自身定位系统和算法[J];软件学报;2005年05期

10 唐勇;周明天;张欣;;无线传感器网络路由协议研究进展[J];软件学报;2006年03期

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 吴孙勇;天基预警雷达微弱动目标检测与定位方法研究[D];西安电子科技大学;2011年

2 林瑞仲;面向目标跟踪的无线传感器网络研究[D];浙江大学;2005年

3 匡兴红;无线传感器网络中定位跟踪技术的研究[D];上海交通大学;2008年

4 温俊;能量高效的无线传感器网络覆盖控制技术研究[D];国防科学技术大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 狄倩;无线传感器网络定位算法的研究[D];西安电子科技大学;2008年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 秦大力;唐颖;;无线传感器网络的安全性研究[J];安防科技;2006年06期

2 何文德;杨凤年;刘光灿;;无线传感器网络在文物保护中的应用[J];安防科技;2007年07期

3 黄布毅;何超前;李冬富;石军;;基于无线传感器网络的家庭安防报警系统设计[J];安防科技;2008年03期

4 聂宽胜;刘军;;WSN定位算法实际应用性能评价指标及其影响因素的分析[J];安防科技;2009年06期

5 刘海波;邹涛;翁哲;;无线传感器网络在执勤枪械定位中的应用[J];安防科技;2009年09期

6 霍军;刘建平;;无线传感器网络在武警部队的应用[J];安防科技;2010年03期

7 张开风;胡艳军;许耀华;姜新红;仇乐乐;王福俊;高韦;丁胜建;;WSN与GPRS结合的远程图像等数据采集系统设计[J];安徽大学学报(自然科学版);2011年04期

8 林丽萍;;无线传感器网络节点的研究与应用[J];安徽职业技术学院学报;2010年04期

9 叶青;周鸣争;;基于“基站”通信原理的无线传感器网络认证技术[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2010年02期

10 余华;孙艳红;车银超;郭玉峰;;无线传感器网络在现代农业中的应用[J];安徽农业科学;2010年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 彭刚;刘戎;;一种改进的无线传感器网络DV-Hop定位算法[A];广西计算机学会25周年纪念会暨2011年学术年会论文集[C];2011年

2 周大杰;朱玉霞;杜红;刘锐;;物联网技术在环境监管能力建设中的应用研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集（第三卷）[C];2011年

3 曾宪伟;方洋旺;伍友利;王洪强;刘加丛;;一种新的最优制导律[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

4 高媛;张鹏;贾文静;邓自立;;自校正分量解耦信息融合Kalman平滑器[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

5 张维勇;张芬;马学森;;基于IEEE802.15.4的一种分簇算法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

6 石为人;张阳;邓鹏程;;传感器网络局部时间同步协议研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

7 陈晨;陈杰;张娟;;网络化控制系统及其在火控系统中的应用研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

8 甄子洋;王志胜;;时滞MIMO系统的信息融合解耦补偿器设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

9 廖永汉;郭云飞;彭冬亮;;无源声探测目标跟踪算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

10 王志胜;甄子洋;;随机大系统的信息融合最优分散控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 乔梁;信源定位的可观测性及跟踪技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 孟凡彬;基于随机集理论的多目标跟踪技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

4 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年

5 孙明;基于小波和迟滞的混沌神经网络及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年

6 吴静;自组网稳定多层分级结构及其关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

7 张晋;无线传感器网络覆盖控制算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

8 王蕊;无线传感器网络部署与拓扑控制研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

9 杨萌;非线性滤波及在惯导系统传递对准中应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

10 孙玉婷;基于柱形换能器的水下传感器网络组网协议研究[D];中国海洋大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 叶青;基于可信的无线传感器网络认证技术的研究[D];安徽工程大学;2010年

2 江民俊;弹上遥测系统若干关键智能传感器信息测量及融合研究[D];南昌航空大学;2010年

3 肖美华;无线传感器网络节点定位关键技术研究[D];南昌航空大学;2010年

4 谌业滨;无线传感器网络自身健康状态融合机制研究[D];南昌航空大学;2010年

5 张海峰;空间三维信息重构与飞行器路径规划[D];山东科技大学;2010年

6 高丽丽;大功率电动汽车多功能智能快速充电机的研究[D];山东科技大学;2010年

7 于皓;面向主题的物联网安全模型设计与研究[D];山东科技大学;2010年

8 纪江涛;基于传感器网络的智能交通系统模型应用研究[D];山东科技大学;2010年

9 乔田田;无线传感器网络路由协议研究[D];山东科技大学;2010年

10 焉杰;多传感器时滞系统信息融合及其仿真[D];山东科技大学;2010年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李胜,申闫春;IPv6在家庭组网中的应用研究[J];北京广播学院学报(自然科学版);2005年02期

2 黄琼;张宏科;郜帅;张思东;;基于IPv6的无线传感器网络应用设计[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2006年05期

3 孙雨耕,张静,孙永进,房朝晖;无线自组传感器网络[J];传感技术学报;2004年02期

4 周贤伟;王强;覃伯平;;无线传感器网络节点定位算法的研究[J];传感器与微系统;2006年03期

5 林晓鹏;李晓潮;郭东辉;;移动IPv6在无线局域网中的实现[J];电讯技术;2007年01期

6 赵建宏;杨建宇;熊金涛;彭卫;;回波越距离单元走动的MTD研究[J];电波科学学报;2007年03期

7 刘钢,刘明,匡海鹏,修吉宏,翟林培;多目标跟踪方法综述[J];电光与控制;2004年03期

8 瞿雷;;一种新的无线网络通信技术Zigbee[J];单片机与嵌入式系统应用;2006年01期

9 吴德伦;张宏科;;基于IEEE802.15.4无线传感器网络的IPv6协议栈[J];单片机与嵌入式系统应用;2006年08期

10 顾瑞红,张宏科;基于IPv6的传感器网络的路由安全[J];电信技术;2005年11期

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 王俊;微弱目标信号积累检测的方法研究[D];西安电子科技大学;1999年

2 林瑞仲;面向目标跟踪的无线传感器网络研究[D];浙江大学;2005年

3 李安平;复杂环境下的视频目标跟踪算法研究[D];上海交通大学;2007年

4 曲毅;机载阵列雷达动目标检测与定位方法研究[D];西安电子科技大学;2009年

5 龚亚信;基于粒子滤波的弱目标检测前跟踪算法研究[D];国防科学技术大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 史龙;无线传感器网络自身定位算法研究[D];西北工业大学;2005年

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 徐健;李小珉;;基于AT86RF212的无线传感器网络节点设计[J];传感器与微系统;2010年04期

2 金福宝;曹军;;无线传感器网络节点的低功耗设计[J];传感器与微系统;2007年04期

3 魏书芳;孙同景;孙波;郭源生;;ZigBee无线传感器网络在煤矿中的应用[J];微计算机信息;2007年32期

4 孙延明;刘志远;蔡春丽;柴寿臣;刘继江;;低功耗无线传感器网络节点的设计[J];微计算机应用;2009年02期

5 潘惠惠;巢佳;;无线传感器网络在信息家居网络控制系统中的应用[J];数字技术与应用;2010年07期

6 徐合龙;纪金水;;无线传感器网络点对点通信设计与实现[J];西北民族大学学报(自然科学版);2009年03期

7 陆克中;黄刘生;万颍渝;徐宏力;;无线传感器网络中传感器节点的布置[J];小型微型计算机系统;2006年11期

8 敦旭锋;田丰;孙小平;;无线传感器网络节点的研究与设计[J];沈阳航空工业学院学报;2007年05期

9 李露曦;鄢楚平;;基于TinyOS的无线传感器网络平台的实现[J];微计算机信息;2008年08期

10 刘丽;唐松;毛善国;;多目标跟踪传感器网络的节点设计[J];计算技术与自动化;2009年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 徐久强;卢锁;赵海;崔行兵;刘大鹏;;基于蚁群算法的无线传感器网络路由算法的研究[A];第八届沈阳科学学术年会论文集[C];2011年

2 龙昭华;李景中;蒋贵全;张林;;基于无线传感器网络的普适计算研究[A];第六届和谐人机环境联合学术会议（HHME2010)、第19届全国多媒体学术会议（NCMT2010）、第6届全国人机交互学术会议（CHCI2010）、第5届全国普适计算学术会议（PCC2010）论文集[C];2010年

3 任玲;唐昊;周雷;魏振春;;一种能量高效的无线传感器网络自适应传输方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

4 刘阳;杨晓春;王斌;于戈;李斌阳;;无线传感器网络中一种基于历史数据分组的感知查询技术[A];第二十四届中国数据库学术会议论文集（研究报告篇）[C];2007年

5 郭旭斌;叶长城;王忆文;李辉;;基于无线传感器网络的室内定位系统[A];第十五届计算机工程与工艺年会暨第一届微处理器技术论坛论文集（A辑）[C];2011年

6 骆吉安;柴利;;无线传感器网络的滚动时域状态估计方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

7 曹芳菲;何文麟;陈红;;无线传感器网络中基于预测的Top-k监测(英文)[A];第二十五届中国数据库学术会议论文集（一）[C];2008年

8 邢佩龙;徐久强;赵海;田鹤;;无线传感器网络中的模糊质心算法[A];第八届沈阳科学学术年会论文集[C];2011年

9 袁蕊;;基于矿井节能的无线传感器网络MAC协议的研究[A];煤矿自动化与信息化——第20届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第2届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集[C];2010年

10 潘恒曦;辛旺;范蟠果;;Zigbee在无线传感器网络中的应用[A];2010年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会论文集[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 美国专利律师 谭文晔　薛之扬;[N];科技日报;2010年

2 本报记者 赵建国;[N];中国知识产权报;2011年

3 温雅路;[N];人民邮电;2008年

4 赛迪顾问信息产业研究中心高级咨询师 王坤;[N];通信产业报;2009年

5 本报记者 姚传富;[N];人民邮电;2009年

6 沈建苗　编译;[N];计算机世界;2010年

7 卞 辑;[N];中国气象报;2011年

8 ;[N];计算机世界;2004年

9 罗清岳;[N];电子资讯时报;2007年

10 记者 陆成钢　通讯员 尚晓天;[N];嘉兴日报;2009年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 李哲涛;多媒体无线传感器网络中若干算法研究[D];湖南大学;2010年

2 姜宇;基于无线传感器网络的远程抄表关键技术研究[D];吉林大学;2011年

3 赵宝康;无线传感器网络隐私保护关键技术研究[D];国防科学技术大学;2009年

4 朱政坚;无线传感器网络安全关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年

5 罗丹彦;无线传感器网络能量高效组建关键技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

6 毕嘉娜;无线传感器网络能量有效安全路由协议研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

7 周彦;无线传感器网络中基于量化信息的目标状态估计与融合[D];上海交通大学;2010年

8 谷雨;无线传感器网络中目标覆盖的研究[D];中国科学技术大学;2010年

9 马永波;无线传感器网络精确动态定位及其安全性问题研究[D];吉林大学;2010年

10 李玉凯;无线传感器网络高能效可靠数据传输理论及应用研究[D];华北电力大学（北京）;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 徐存亮;无线传感器网络多路径低干扰路由研究[D];大连理工大学;2010年

2 吁玲;基于6LoWPANs的无线传感器网络节能路由机制研究[D];吉林大学;2012年

3 曹文;一种无线传感器网络系统的分析与设计[D];北京邮电大学;2011年

4 赵京;随机路由在无线传感器网络中的研究与应用[D];大连理工大学;2011年

5 刘瑞;优化网络能耗的无线传感器网络监控平台研究[D];沈阳师范大学;2012年

6 胡玲;无线传感器网络网络信息融合与目标跟踪的研究[D];华东理工大学;2012年

7 朱琎;基于无线传感器网络的长直线拓扑结构协议的研究[D];南京信息工程大学;2012年

8 徐占伟;无线传感器网络中基于事件驱动的数据融合算法研究[D];太原理工大学;2010年

9 唐健华;无线传感器网络目标优化覆盖的研究[D];南京邮电大学;2011年

10 郝晓强;无线传感器网络定位技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

  本文关键词：无线传感器网络低功耗路由与节点目标跟踪定位研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：165864