WSN网络拓扑发现及节点定位算法设计与实现

发布时间：2017-10-19 07:17

  本文关键词：WSN网络拓扑发现及节点定位算法设计与实现

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【摘要】：在WSN网络工程应用中,获取网络拓扑结构及节点位置信息是工程监测的基础,可以为网络节点的生存周期及网络健壮性等提供一定的支持。已应用于青藏铁路北麓河沿线的远程监测系统,是一套基于WSN节点所组成的网状网结构监测系统,采用多跳自组织的网状网结构,能够有效解决对监测环境场地物理数据信息的获取。其中,传感器网络中各节点间通过Z-Stack协议栈进行数据交互,Android网关一方面与协调器节点通过蓝牙连接,另一方面存储上传的数据信息并上报数据至远程服务器。但由于节点被随意分散至监测区域,且节点不具备定位功能,导致不能工作的节点无法区别,影响整个网络系统的生存周期。针对此问题,本文设计了一种三维空间下的节点定位算法和网状网拓扑发现算法,并采用Android网关对网络结构及未知节点位置坐标进行界面上的显示。所设计具有网络拓扑结构获取的WSN网络,其目的主要是为获取节点间的连通路径及中转关系,进而根据已知节点位置坐标实现对未知节点相对位置坐标的获取。系统针对无线网状网结构类型的组网结构,采用Z-Stack协议栈与图论相关理论实现了网状网结构的拓扑；系统针对三维空间下未知节点的位置坐标,通过结合RSSI密度概率函数、三维球形覆盖域及质心算法实现了三维空间中未知节点的定位；同时采用Android网关实现了界面的显示。论文完成了带有网络拓扑功能及节点定位功能的设计,并对定位中存在的误差、节点密度量进行了研究,对相关算法的实现进行了相应的测试,包括网络节点连通关系、未知节点位置坐标等,并对测试结果进行记录。实际测试情况表明,所设计的网络拓扑结构算法和三维节点定位算法满足实际的工程要求,能够很好地完成网络结构的获取及节点位置坐标的确定等功能。达到了一定的研究目的。
【关键词】：WSN 网络拓扑发现 节点定位技术 Android
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 研究背景8-11
• 1.1.1 论文研究背景8
• 1.1.2 WSN网络的简介8-9
• 1.1.3 WSN网络的应用9-10
• 1.1.4 课题研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 WSN拓扑发现技术11-12
• 1.2.2 节点定位技术12-13
• 1.3 论文的主要内容和组织结构13-14
• 1.3.1 主要研究内容13
• 1.3.2 结构安排13-14
• 1.4 本章小结14-15
• 2 基于协议栈与图论的拓扑发现算法研究与分析15-31
• 2.1 WSN网络拓扑发现概述15
• 2.2 图论中可描述WSN网络拓扑的相关理论15-19
• 2.2.1 图论基本概念16
• 2.2.2 图的表示16-19
• 2.3 协议栈及路由协议中可描述WSN网络拓扑的相关理论19-22
• 2.3.1 Z-Stack协议栈概述20-21
• 2.3.2 邻居节点表21-22
• 2.4 WSN网络的拓扑发现方法的设计22-25
• 2.4.1 WSN网络拓扑分析的特点22-23
• 2.4.2 WSN网络拓扑发现步骤23-25
• 2.5 WSN网络的拓扑发现算法测试25-30
• 2.5.1 算法中相关协议测试概括25
• 2.5.2 协议测试设备25-26
• 2.5.3 协议测试环境26-30
• 2.6 本章小结30-31
• 3 基于三维质心法的节点定位算法研究与分析31-57
• 3.1 WSN网络定位算法概述31
• 3.2 WSN网络节点定位技术的相关理论31-36
• 3.2.1 基于测距定位算法32-35
• 3.2.2 非基于测距定位算法35-36
• 3.3 WSN网络节点定位算法的设计36-45
• 3.3.1 WSN网络节点定位算法的特点37-38
• 3.3.2 WSN网络节点定位思想38-44
• 3.3.3 3DCSPR算法流程设计44-45
• 3.4 WSN网络节点定位算法的仿真45-56
• 3.4.1 节点定位算法仿真内容概括45
• 3.4.2 实验设备45-46
• 3.4.3 实验环境46-56
• 3.5 本章小结56-57
• 4 基于Android的网络拓扑结构与节点定位的显示57-66
• 4.1 Android技术的概述57
• 4.2 Android技术界面显示图理论57-58
• 4.3 拓扑发现及节点定位的显示设计58-65
• 4.3.1 拓扑发现及节点定位的显示特点59
• 4.3.2 拓扑发现及节点定位的显示59-65
• 4.4 本章小结65-66
• 5 结论66-68
• 5.1 总结66
• 5.2 结论66-67
• 5.3 展望67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文71-72
• 致谢72-74

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本文编号：1059755