一种WSN中基于不同锚节点跳距修正的改进DV-HOP算法

发布时间：2017-08-23 14:04

  本文关键词：一种WSN中基于不同锚节点跳距修正的改进DV-HOP算法

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【摘要】：在无线传感器网络里,定位作为热门研究方向,对推动科学发展有着重要指导意义。人们对自然界物理量的研究越来越离不开位置信息,而一些恶劣的环境,如火山,沙漠等地区,需要对其某一物理自然量研究,必不可少地需要知道其位置信息,多数情况下,人工无法到达这些地区,因此,传感器节点的定位,重要性尤为突出。目前,定位技术已有了实质性的突破,国内外的学者提出了大量较优的定位算法,但由于实际环境的复杂性,这些算法被应用到真实环境中存在一定的局限性。因此设计出生命周期长,维护费用少,功耗低,达到高精度的节点定位算法,仍旧是无线传感器网络未来在定位方面研究的课题。传感器节点定位,主要分为需要测距和免于测距两类。本文研究算法DV-HOP属于无需测距一类。本文首先介绍传感器网络相关理论,并介绍了与定位相关的技术,包括测距方法,节点坐标计算方式等。围绕DV-HOP算法展开了研究,参考大量文献,总结了一些产生误差的原因,并介绍了相关改进策略。本文在前面研究的基础上,在算法定位和位置估算两个阶段进行了改进,提出了改进算法BDRDV,改进算法采用接收不同锚节点跳距方式而非传统的校正值方式,并对跳距进行了修正;在坐标计算阶段,定义了一个加权系数构成加权矩阵,并结合最小二乘法,进一步减小了计算带来的误差。最后,本文借助MATLAB7.0进行了实验仿真,本文的算法同原DV-HOP,全网平均跳距的改进DV-HOP算法,进行对比分析,仿真显示,本文给出改进方案可行,在总体上定位精度较原有算法,和已有的改进DV-HOP算法均有所提高。
【关键词】：无线传感器网络 定位 DV-HOP 锚节点
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1.绪论10-18
• 1.1 选题意义10
• 1.2 无线传感器网络简介10-11
• 1.3 无线传感器网络重要技术11-13
• 1.3.1 拓扑控制11
• 1.3.2 节点定位11
• 1.3.3 数据融合11-12
• 1.3.4 网络通信12
• 1.3.5 能量工程12
• 1.3.6 时间同步12-13
• 1.3.7 微型操作系统13
• 1.4 无线传感器网络的应用13-15
• 1.4.1 军事应用13
• 1.4.2 智能交通13-14
• 1.4.3 医疗健康14
• 1.4.4 环境监测14
• 1.4.5 智能家居14
• 1.4.6 农业监测14-15
• 1.4.7 工业应用15
• 1.5 研究现状15-16
• 1.6 本文研究工作与论文组织结构16-18
• 2.无线传感器网络定位基本理论18-32
• 2.1 定位技术概述18-20
• 2.1.1 定位技术相关术语18
• 2.1.2 节点定位的研究内容18-19
• 2.1.3 节点定位的主要技术挑战19-20
• 2.2 定位算法分类20-21
• 2.2.1 需要测距的定位和免于测距的定位20
• 2.2.2 中心式定位和分布式定位20
• 2.2.3 绝对定位和相对定位20-21
• 2.3 节点测距技术21-23
• 2.3.1 TOA测距21
• 2.3.2 TDOA测距21-22
• 2.3.3 RSSI测距22-23
• 2.4 节点坐标计算方法23-26
• 2.4.1 三边测量法23-24
• 2.4.2 三角测量法24-25
• 2.4.3 极大似然估计法25-26
• 2.5 常见定位算法介绍26-30
• 2.5.1 AHLos定位算法26
• 2.5.2 Bounding Box定位算法26-27
• 2.5.3 SDP算法27-28
• 2.5.4 质心算法28-29
• 2.5.5 APIT算法29-30
• 2.5.6 DV-HOP算法30
• 2.6 定位算法的一般评价指标30-31
• 2.7 本章小结31-32
• 3.DV-HOP算法研究32-41
• 3.1 DV-HOP算法描述32-35
• 3.1.1 DV-HOP算法定位过程32-34
• 3.1.2 DV-HOP算法流程图34-35
• 3.2 DV-HOP算法误差来源35-38
• 3.2.1 节点分布不规则35-36
• 3.2.2 采用单一校正值带来误差36-37
• 3.2.3 多跳引起误差37
• 3.2.4 有不能定位节点存在37-38
• 3.2.5 坐标估算存在误差38
• 3.3 已有改进策略38-40
• 3.3.1 对节点分布不均进行的改进策略38
• 3.3.2 对节点校正值选择进行的改进策略38-39
• 3.3.3 对不良节点进行的改进策略39
• 3.3.4 对多跳引起的误差改进策略39
• 3.3.5 对坐标估算方法优化的策略39-40
• 3.3.6 其他改进策略40
• 3.4 本章小结40-41
• 4.WSN中基于不同锚节点跳距修正的BDRDV算法41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 在DV-HOP定位阶段的改进41-44
• 4.2.1 采用不同锚节点跳距进行距离估算41-42
• 4.2.2 对跳距进行修正42-44
• 4.2.3 跳距修正示例44
• 4.3 在DV-HOP位置估计阶段的改进44-47
• 4.3.1 引入加权最小二乘法44-45
• 4.3.2 定义加权系数构成加权矩阵45-47
• 4.4 BDRDV算法介绍47-51
• 4.4.1 BDRDV算法描述47-50
• 4.4.2 BDRDV算法流程图50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 5.实验仿真与分析52-61
• 5.1 实验环境简介52
• 5.2 实验性能评价指标52-53
• 5.2.1 定位误差52-53
• 5.2.2 平均定位误差53
• 5.2.3 锚节点数目53
• 5.3 BDRDV算法模拟与分析53-57
• 5.3.1 实验参数设置53-54
• 5.3.2 BDRDV单次随机网络误差分析54-55
• 5.3.3 BDRDV不同通信半径定位效果分析55-56
• 5.3.4 环境影响系数a对算法性能影响56-57
• 5.4 BDRDV算法与原算法及改进算法对比57-60
• 5.4.1 比较算法的参数设置57
• 5.4.2 三种算法单次在同一随机网络中误差分布情况57-58
• 5.4.3 通信半径变化对各算法定位效果影响58-59
• 5.4.4 锚节点数目变化对各算法定位效果影响59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 6.总结与展望61-63
• 6.1 工作总结61
• 6.2 研究展望61-63
• 参考文献63-66
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况66-67
• 致谢67-68
• 作者简介68-69

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本文编号：725431