无线传感器网络节点定位算法的研究

发布时间：2017-05-15 09:27

  本文关键词：无线传感器网络节点定位算法的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来无线传感器网络(WSN,Wireless Sensor Network)的发展日益成熟且越来越受到人们的重视,它的基本组成部分为无线传感器节点,这些节点的特点主要为体积较小、功耗较低,节点以多跳的方式进行通信并通过自组织的方式形成网络,进而完成对周围区域的监测与感知。无线传感器网络被广泛用于军事、医疗、安全生产、智能家居等领域。节点定位算法是无线传感器网络一项非常重要的基础技术,因为在网络中没有节点位置的信息是没有意义的,由于工作环境复杂、成本较低、节点数量巨大这些特点,不能将现有的较为成熟的定位技术直接应用于无线传感器网络,因而高效、适用的节点定位算法成为国内外学者的研究热点。在现有的无线传感器网络节点定位算法中,基于RSSI(Received Signal Strength Index)测距的定位算法与DV-Hop(Distance Vector Hop)定位算法是其中较为经典的两种算法,它们的特点是方法较为简单且不用添加额外的设备,但是精度较低。本文研究的主要目的就是通过对这两种算法进行研究和分析,找出它们精度较低的原因并通过一定的方式对其进行改进以提高定位精度。论文的主要内容为:第一,研究分析了基于RSSI测距的定位算法的误差产生原因主要为理想模型与环境的差异、环境突变造成的信号波动、三边测量法产生的误差,并根据这三个原因采用相应的对策去降低误差。通过计算出锚节点间的修正误差对环境因素造成的误差进行修正,采用高斯滤波滤除波动较大的信号,并使用基于K-均值聚类的动态多种群粒子群算法代替三边测量法降以低误差。最后在Matlab2010b的环境下,针对不同的锚节点比例、节点通信半径、以及干扰增益对经典算法与改进后的算法进行仿真,结果表明改进后的算法相对于原有的经典算法具有较高的精度与较强的抗干扰性。第二,分析研究了DV-Hop算法,得出算法误差产生的核心原因为对距离的估计误差较大,即在计算平均跳距阶段采用直线距离代替曲线距离,在计算未知节点与锚节点距离阶段采用曲线距离代替直线距离,影响误差的因素主要有锚节点比例,节点分布的均匀度等。文中通过在Matlab2010b的环境下,针对不同的网络样式与锚节点比例对算法进行仿真,以验证网络节点分布的均匀度与锚节点比例对误差产生的影响。根据分析出的误差来源与影响误差的因素对DV-Hop算法进行改进,通过使用移动锚节点对网络进行重构改善锚节点的分布,使用递增式定位算法在一定程度上提高锚节点数量,并在锚节点移动过程中对节点度较好的未知节点通过改进的基于RSSI测距的定位算法进行定位,得到较为优质的第一代新生锚节点,随后采取锚节点选择机制降低递增式定位带来的误差,通过加权误差修正来降低平均跳距产生的误差,最终对改进的DV-Hop与经典DV-Hop算法进行仿真,相对于原有的经典算法,改进的算法在精度方面有了较大的提高,达到了预期的目标。
【关键词】：无线传感器网络 节点定位算法 RSSI 高斯滤波 DV-Hop 移动锚节点
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究的背景及意义10-12
• 1.2 无线传感器网络结构分析12-14
• 1.3 国内外研究现状14-15
• 1.4 本文的主要内容及结构安排15-18
• 2 无线传感器网络节点定位算法分析18-28
• 2.1 无线传感器网络节点定位算法中的基本概念18
• 2.2 无线传感器网络节点定位算法的技术指标18-19
• 2.3 无线传感器网络节点定位算法分类19-26
• 2.3.1 基于测距的定位算法20-25
• 2.3.2 非基于测距的定位算法25-26
• 2.4 本章小结26-28
• 3 基于RSSI测距的定位算法的研究与改进28-40
• 3.1 基于RSSI测距的定位算法的执行步骤28-29
• 3.2 基于RSSI测距的定位算法的误差分析与改进29-34
• 3.3 改进后的基于RSSI测距的定位算法的执行步骤34
• 3.4 改进后的基于RSSI测距的定位算法的仿真34-38
• 3.5 本章小结38-40
• 4 DV-Hop算法的研究及误差分析40-51
• 4.1 DV-Hop算法简介40-41
• 4.2 DV-Hop算法的性能与误差分析41-44
• 4.3 算法的仿真验证44-50
• 4.3.1 节点正方形规则分布45-46
• 4.3.2 节点正方形随机分布46-47
• 4.3.3 节点C形随机分布47-48
• 4.3.4 仿真结果总结48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 5 基于移动锚节点与误差修正的递增式DV-Hop算法51-61
• 5.1 基于虚拟力的移动锚节点的移动模型51-53
• 5.2 递增式定位算法53-55
• 5.2.1 基于移动锚节点的递增式定位算法54
• 5.2.2 锚节点的选择54-55
• 5.3 平均跳距的误差修正55-57
• 5.4 算法的仿真与结果分析57-59
• 5.5 本章小结59-61
• 6 总结与展望61-63
• 6.1 论文内容总结61-62
• 6.2 展望62-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 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

2 王永才,赵千川,郑大钟;传感器网络自身定位方法的设计与实现[J];计算机工程与应用;2005年13期

3 刘克中;王殊;胡富平;许昌春;袁勇;;无线传感器网络中一种基于多跳导标的分布式节点定位算法[J];计算机科学;2006年08期

4 林金朝;陈晓冰;刘海波;;基于平均跳距修正的无线传感器网络节点迭代定位算法[J];通信学报;2009年10期

5 赵泽;崔莉;;一种基于无线传感器网络的远程医疗监护系统[J];信息与控制;2006年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 祁会波;无线传感器网络中基于移动锚节点的定位算法研究[D];太原理工大学;2010年

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本文编号：367409