面向物联网的定位系统链路选择与分配

发布时间：2018-12-20 11:29

【摘要】：物联网作为一种新兴网络技术和产业模式，已被纳入我国十二五（2011年-2015年）规划中，并于2010年正式提升为国家发展战略的重要组成部分。从国际电信联盟在信息社会世界峰会上发布的《ITU Internet reports2005: the Internet of things》中可以总结出物联网所体现的两层基本涵义：目前的三大网络，包括互联网、电信网、广播电视网是物联网实现和发展的基础，物联网是在三网基础上的延伸和扩展；用户应用终端从人与人之间的信息交互与通信扩展到了人与物、物与物之间的沟通连接，物联网技术能够使物体智能化。其中，物联网定位系统的链路选择与分配负责网络信息的发现、采集、处理、控制和维护，是物联网正常运行的基础保障，所涉及的关键技术很多都是尚未攻克的难题，因此也吸引了众多研究者的目光，成为了研究热点。物联网定位系统的关键技术具有多学科交叉、多技术融合的特点，每一项关键技术都亟待突破和解决。本文针对物联网定位系统所涉及的关键技术：典型定位系统节点定位问题、普适定位系统链路选择问题、精准定位系统链路分配问题，提出了若干创新性思想及解决方案。本文的创新点及贡献主要包括以下四个方面： 1.针对物联网典型定位系统中节点定位精度存在较大误差的问题，提出了一种基于误差距离加权与跳段算法选择的遗传优化定位算法。该算法包括三个创新点：用基于误差与距离的权值处理锚节点的平均每跳距离来确定未知节点的平均每跳距离；根据判断的位置关系选择适合的跳段距离计算方法来确定未知节点与锚节点间的跳段距离；用改进的遗传算法优化未知节点坐标来确定未知节点坐标的最优解。仿真结果表明，该定位算法的性能明显优于传统算法，达到了减小节点定位误差、提高定位算法精度的目的。 2.针对物联网普适定位系统中现有链路选择算法存在能量消耗不均衡、部分节点能量降低速率过快、链路选择不灵活等问题，提出了一种基于节点能量均衡的混合链路选择算法。该算法通过对系统内节点各自的功能进行设置，使节点在能够执行原有选择策略的基础上优先选择改进后邻居表中信息分组转发的方向，并在选择的过程中综合考虑分组传输范围、节点剩余能量等相应的参量，根据不同的节点状况选用适当的处理方式。通过这种策略，减少系统中网络无益分组及转发的发生，能够最大限度的选择节点剩余能量相对较高、转发次数相对较少的链路作为最终的最优链路，增加节点在网络中的利用率及运行时间。仿真结果表明，该算法对降低节点能量损耗与延长网络生命周期有明显的效果。 3.针对物联网普适定位系统中链路选择需要满足多限制条件的要求，提出了一种基于多约束条件反馈的QoS链路选择算法。利用无线通信广播特性，将多约束服务质量路由问题转化成在满足链路长度、带宽、时延、时延抖动、丢包率、费用等约束条件下寻找最小代价的问题。建立了物联网多跳自主链路模型并定义了目标能量函数，利用Hopfield神经网络模型的并行思想将多项约束条件转换为求一多项式极值问题。该算法在不改变系统链路选择策略的前提下，避免了选择大量参数的问题，实现了链路自动选择，满足了通信实时快速的要求。 4.针对物联网精准定位系统中对辐射功率的限制以及不同用户在不同子载波上衰落各不相同的特点，提出了一种基于用户速率的多用户动态链路资源分配算法。算法分为三步：首先，根据用户的数据速率要求及信道状态信息，提出了分步实现子载波分配的动态资源分配方案；然后，在比特分配过程中，针对用户速率要求，提出了一种快速的比特分配方案；最后，为了进一步降低系统的复杂度，提出了分簇实现子载波比特分配的方案。仿真结果表明，，该算法不仅最大限度的满足了用户的速率要求，使比特分配更加快速，而且保证了用户之间的公平性，使载波分配更加合理，降低系统的复杂度，提高了系统性能。本文通过对节点定位、链路选择与链路分配等关键技术的研究与实现，从多个角度解决了物联网环境下定位系统链路通信过程中存在的问题，这些方法在一定程度上突破了当前面临的技术瓶颈，为物联网的进一步发展和实际应用奠定了理论基础。
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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】：2014
【分类号】：TN929.5;TP391.44

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