基于Zigbee的无线传感器网络定位技术研究

发布时间：2017-07-04 18:26

  本文关键词：基于ZigBee的无线传感器网络定位技术研究

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【摘要】： 无线传感器网络集中了微机电、感知、嵌入式计算、分布式信息处理和无线通信等技术,形成了一种全新的信息获取和处理模式。布局、覆盖、节点定位、网络通信协议是传感器网络研究中的几个基本问题。其中,网络通信协议和节点定位问题是无线传感器网络众多应用的前提,也是传感器网络研究中的热点问题之一。本文对基于Zigbee协议的网络定位技术进行了研究。 首先,论文在分析无线传感器网络特点、体系结构的基础上,综述了Zigbee通信协议的基本内容及其在组建无线传感器网络中的应用,阐明了ZigBee技术以其低功耗、低成本、低速率等优点,成为了最炙手可热的无线通信技术之一,广泛应用于家庭智能化、工业控制等众多领域。 其次,论文探讨了当今主流的几种无线传感器网络定位算法及其性能评价标准和分类方法。相对于通常的基于锚节点的定位算法,着重分析了以AFL(Anchor Free Location)算法为代表的无锚节点的定位算法。针对于AFL算法易出现局部最优解的情况,提出了改进算法,分析建立了无折叠布局,并运用质心-弹簧算法获得全局最优解。 最后,文章以无线噪声环境监测系统作为应用实例,基于IAR开发环境上利用CC2430无线通信芯片实现了传感器网络组的建,并在完成AFL算法的定位过程。算法的仿真结果表明,AFL算法定位算法可以实现良好定位,精度较好。
【关键词】：无线传感器网络 Zigbee协议 无锚节点 AFL算法
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 无线传感器网络简介11-14
• 1.2.1 无线传感器网络特点11-12
• 1.2.2 传感器网络体系结构12-13
• 1.2.3 传感器网络节点构成13-14
• 1.3 Zigbee协议应用领域及优势14-15
• 1.4 无线传感器网络节点定位技术简介15-17
• 1.4.1 节点定位技术的基本概念15-16
• 1.4.2 节点定位技术的应用16
• 1.4.3 节点定位技术的研究现状16-17
• 1.5 研究的内容及论文结构17-19
• 第2章 ZIGBEE协议及组网原理19-30
• 2.1 Zigbee协议概述19-20
• 2.1.1 Zigbee起源及特点19
• 2.1.2 Zigbee设备19-20
• 2.2 Zigbee的协议构架及规范20-26
• 2.2.1 物理层21-22
• 2.2.2 媒介接入控制层(MAC)22-23
• 2.2.3 Zigbee网络层23-24
• 2.2.4 Zigbee应用层24-26
• 2.3 Zigbee协议的拓扑结构26-27
• 2.3.1 星形拓扑结构26
• 2.3.2 树簇形拓扑结构26-27
• 2.3.3 网状拓扑结构27
• 2.4 组网27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 无线传感器网络节点定位技术30-48
• 3.1 节点定位技术的基本原理30-37
• 3.1.1 无线传感器网络基本定位技术30-33
• 3.1.2 定位算法的分类33-36
• 3.1.3 定位算法的评价标准36-37
• 3.2 典型的定位算法37-43
• 3.2.1 基于距离(Range-based)的定位算法37-39
• 3.2.2 距离无关(Range-free)的定位算法39-43
• 3.3 无锚节点定位算法43-47
• 3.3.1 AFL定位算法44
• 3.3.2 KPS算法44-45
• 3.3.3 ABC算法45-46
• 3.3.4 无锚节点定位算法分析46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 AFL节点定位算法及其改进算法48-59
• 4.1 AFL(ACHOR-FREE LOCATION)算法概述48-53
• 4.1.1 AFL的计算方式48-49
• 4.1.2 全局固定的网络布局49
• 4.1.3 全局能量比率49-51
• 4.1.4 局部最优解51-53
• 4.2 AFL算法的改进53-58
• 4.2.1 无折叠的布局生成53-57
• 4.2.2 质心-弹簧优化57-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第5章 无线环境噪声监测系统的网络定位算法实现59-73
• 5.1 环境噪声监测系统概述59-60
• 5.2 系统的构架60-61
• 5.3 传感器节点设计61-65
• 5.3.1 节点总体设计方案61
• 5.3.2 无线通信芯片CC243061-63
• 5.3.3 传感器模块63-65
• 5.3.4 电源模块65
• 5.4 传感器网络节点定位算法实现及仿真65-72
• 5.4.1 AFL改进算法的软件设计及实现65-69
• 5.4.2 定位算法的仿真69-72
• 5.5 本章小结72-73
• 结论73-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果79-80
• 致谢80

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本文编号：518888