基于非测距的WSN定位技术研究

发布时间：2017-08-09 21:19

  本文关键词：基于非测距的WSN定位技术研究

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【摘要】：近年来,随着中国经济的腾飞,国家总体发展战略目标及物联网战略发展要求政策出台,无线传感器网络应用得到了长足发展,涉及诸多领域,主要包含有紧急服务、导航系统、交通控制监测、医疗保健监测,也可用于军事工业等领域。无线传感器网络中的关键技术是如何保证信号定位精度在可靠的范围内,有时可能要满足更为苛刻要求。如果传感器节点不知道它们的地理位置,那么节点所感知获取的环境中的数据信息就是无意义的,例如,在紧急救援中,若在识别受伤的受害者的位置时产生一秒的延迟,都可能造成危及生命的情况。对于节点的定位来说全球定位系统(GPS)是最简便的方法,但其成本高、能量消耗高,传感器网络中拥有大量节点,将GPS部署到每个节点上是不现实的。随着嵌入式技术和通信技术的发展,涌现出许多WSN定位方法,如接收信号强度、到达时间、到达时间差及到达角度等基于测距的定位方法,这种定位方法不依赖对距离条件的直接测量,而是依靠软件计算;其次是基于非测距的定位方法,包括质心定位、DV-Hop、APIT等算法,此种方法通过网络连通性信息和跳数进行定位,在满足定位精度的条件下节约成本操作简便。本文研究了基于非测距的定位算法,主要内容如下:1)介绍了WSN的主要应用领域、理论基础及技术特点和目前亟待解决的问题等,分别阐述基于非测距和测距的两种定位方式的原理、优势及不足之处,以此为基础,介绍了经典的如三边测量法、三角测量法和极大似然估计法等节点位置计算的几种基本方法。2)介绍了两种典型的基于非测距的WSN定位算法,即质心定位算法和DV-Hop定位算法,阐述其基本原理流程,使用MATLAB自编程软件平台进行仿真实验,寻找影响定位精度的因素。3)分析导致传统DV-Hop算法定位精度不够的因素和在程序算法代码上可能存在的提升空间,从两个方面着手处理:数学加权处理平均每跳距离,综合考虑未知节点周围多个信标节点空间位置参与定位,编写代码形成加权算法WDV-Hop算法,利用MATLAB自编程软件平台进行仿真实验,分析比较WDV-Hop算法和传统DV-Hop算法定位精度,综合评价影响定位误差的性能指标。4)将生物遗传优化算法中优胜劣汰适者生存的思想移植到WDV-Hop算法中,形成改进型的WDV-Hop算法:GWDV-Hop算法,利用MATLAB自编程软件平台再一次改进WDV-Hop算法程序代码对新程序进行仿真实验,首先比较三者的定位精度,再从锚节点比例、节点总数和通信半径等多个因素对传统算法、WDV-Hop算法和GWDV-Hop算法进行仿真实验,评价新算法的性能指标。5)对本文工作做概括总结,分析当前研究热点及研究瓶颈,对下一步可能的研究方向进行展望。
【关键词】：WSN 定位技术 算法优化 GWDV-Hop算法
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 选题的研究背景和意义10-11
• 1.2 相关内容研究发展现状11-13
• 1.3 论文研究内容与结构安排13-16
• 第二章 基于WSN的定位技术16-34
• 2.1 无线传感器网络技术概述16-25
• 2.1.1 无线传感器网络结构与特点16-20
• 2.1.2 无线传感器网络关键技术20-22
• 2.1.3 无线传感器网络面临的挑战22-23
• 2.1.4 无线传感器网络应用领域23-25
• 2.2 基于WSN的定位方法研究25-32
• 2.2.1 基于测距的定位算法25-28
• 2.2.2 基于非测距的定位算法28-29
• 2.2.3 位置基本计算方法29-32
• 2.3 本章小结32-34
• 第三章 非测距质心算法和DV-hop算法分析34-44
• 3.1 质心算法34-38
• 3.2 DV-hop算法38-42
• 3.3 本章小结42-44
• 第四章 改进的DV-hop定位算法44-60
• 4.1 WDV-hop算法44-49
• 4.1.1WDV-hop算法思想44-45
• 4.1.2 仿真环境45-46
• 4.1.3 实验程序实现46-48
• 4.1.4 仿真结果呈现48-49
• 4.2 基于遗传优化的WDV-hop算法49-55
• 4.2.1 遗传算法基本原理49
• 4.2.2 遗传优化的WDV-hop算法思想49-52
• 4.2.3 实验程序实现52-54
• 4.2.4 仿真结果呈现54-55
• 4.3 仿真实验参数分析55-58
• 4.3.1 锚节点与通信半径的选择55-57
• 4.3.2 节点总数的选择57-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 总结与展望60-62
• 5.1 本文工作总结60
• 5.2 下一步工作展望60-62
• 参考文献62-65
• 攻读硕士期间发表的学术论文65-66
• 致谢66

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本文编号：647385