无线传感器网络节点定位技术的研究

发布时间：2017-04-07 19:02

  本文关键词：无线传感器网络节点定位技术的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感器网络(WSN)以其低廉成本、快速组网、动态拓扑、多跳路由等突出特点在军事侦查、环境监测、医疗救助、空间探索、商务和工业应用等行业得到广泛运用。将传感器节点布设在现场,观测物理现象,但大多情况下,只有包含位置信息的数据才有实际意义,因此节点定位技术在WSN系统中占有举足轻重的地位。目前,大多数WSN定位技术有需要增加硬件外设、定位精度低、误差累积、能耗大等局限性,因此,本文以静态节点定位、移动未知节点定位、移动锚节点路径规划三方面为主要研究对象,引入不同算法思想和理论,对WSN节点定位技术展开了深入的探究。论文的主要研究工作如下:首先,对WSN的结构、特点及应用和节点定位算法、计算方法等相关理论进行扼要阐述,述说了本课题研究背景和意义,陈列并分析了静止节点和移动未知节点定位、路径规划的研究现状和方法。本文以提高定位精度、减小误差同时降低能耗为研究目的,针对上述研究对象提出一些改进算法。其次,对静态节点定位算法进行研究,提出一种基于回归型支持向量机(SVR)的静态节点位置预测方法。现有的经典节点定位算法中,基于测距的定位算法定位精确度高,但需要增加外设且受环境影响很大,具有非线性特征;而无关测距的定位算法对节点分布有极高的要求,不适合应用于节点分布不均且密度低的网络中。而且,大部分定位算法均凭借锚节点的已知位置信息并采用三边法、角度法和多边法来求得被定位节点的位置坐标,不仅定位误差大,还会产生误差累积等问题。故本文提出一种基于svr的静止节点位置预测方法,利用锚节点之间的跳数和距离矩阵,得出跳数距离转换矩阵,结合svr回归预测的原理,对被定位节点的位置进行预测。此定位算法在需要少量锚节点的网络中便可实现对大量未知节点的准确定位,成本低、精度高。再次,对未知节点移动、锚节点静止的情况展开探究,提出基于果蝇算法(foa)和蒙特卡罗锚盒(mcb)的移动节点定位算法。随着wsn应用领域的扩增,传感器节点被安装在移动物体上,移动节点的定位技术成为一个新型研究方向,然而传统的静止节点定位算法不适合动态网络。蒙特卡罗定位(mcl)算法为解决移动节点定位开创了新方向,并相继出现了一些改进算法如dual-mcl、mmcl、mcb等,这些改进算法的定位误差有所减小但是有限。故本文针对锚节点静止、未知节点移动的情况提出一种基于foa-mcb移动节点定位算法,考虑移动节点上一时刻的速度和方向对当前时刻移动速度和方向的影响,选择连续相关移动模型来规划未知节点移动轨迹;用mcb算法对未知节点进行位置估计,通过锚节点和未知节点之间的估计距离和测量距离之差作为果蝇算法的适应度函数,在解空间搜索最优解作为未知节点位置。最后,对移动锚节点路径规划进行探索,提出一种基于宽度优先算法(bfs)和改进果蝇算法(mfoa)的路径规划方法。静态路径规划方法中锚节点通常沿着预设的轨迹移动,在节点分布不均匀的情况下,锚节点冗余移动或者导致部分未知节点未被成功定位;动态路径规划方法中锚节点随机移动,当待定位环境复杂时,导致位置广播冗余且定位性能差。故本文将路径规划问题转化为图的遍历问题,利用BFS算法遍历未知节点选取虚拟锚节点,再利用MFOA优化虚拟锚节点的路径以此来规划锚节点的移动路径,此路径规划方法中锚节点可根据未知节点的分布情况自适应的进行路径规划,保证路径最短。形成锚节点最优移动路径为下一阶段未知节点定位做好铺垫。
【关键词】：无线传感器网络 节点定位 支持向量机 蒙特卡罗定位算法 果蝇算法 宽度优先搜索算法
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 课题研究的背景与意义15-16
• 1.2 课题的研究现状16-18
• 1.3 论文的主要内容18-19
• 1.4 论文的组织框架19-21
• 第二章 无线传感器网络定位技术21-31
• 2.1 无线传感器网络21-24
• 2.1.1 WSN结构21
• 2.1.2 WSN特点21-22
• 2.1.3 无线传感器网络相关应用22-23
• 2.1.4 无线传感器网络关键技术23-24
• 2.2 WSN节点定位24-30
• 2.2.1 节点定位系统24-25
• 2.2.2 WSN节点定位计算方法25-28
• 2.2.3 WSN节点定位算法的分类28-29
• 2.2.4 WSN节点定位算法评价标准29-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章 静态节点定位算法分析31-45
• 3.1 典型静态节点定位算法31-37
• 3.1.1 基于测距的节点定位算法31-33
• 3.1.2 无关测距的节点定位算法33-36
• 3.1.3 典型静态节点定位算法分析36-37
• 3.2 基于支持向量机的节点定位算法37-44
• 3.2.1 支持向量机算法基本思想37-38
• 3.2.2 SVR定位算法的实现过程38-41
• 3.2.3 实验仿真与分析41-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第四章 移动节点定位算法分析45-61
• 4.1 WSN节点移动性分类45-46
• 4.2 典型移动节点定位算法46-51
• 4.2.1 蒙特卡罗定位算法46-49
• 4.2.2 蒙特卡罗锚盒定位算法49-51
• 4.3 节点的移动模型51-52
• 4.3.1 节点移动模型简介51-52
• 4.3.2 连续相关移动模型52
• 4.4 基于FOA-MCB的移动节点定位算法52-60
• 4.4.1 果蝇算法52-54
• 4.4.2 适应度函数的确定54
• 4.4.3 FOA-MCB定位算法实现过程54-56
• 4.4.4 实验仿真和分析56-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第五章 移动锚节点路径规划61-73
• 5.1 虚拟锚节点选取61-64
• 5.1.1 问题描述62
• 5.1.2 BFS算法62-64
• 5.2 锚节点移动路径规划64-69
• 5.2.1 确定适应度函数64-65
• 5.2.2 FOA算法改进65-67
• 5.2.3 算法实现步骤67-69
• 5.3 实验仿真和分析69-71
• 5.4 本章小结71-73
• 第六章 总结与展望73-77
• 6.1 论文总结73-74
• 6.2 研究展望74-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-83
• 攻读学位期间发表的学术论文83

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 曹晓梅;何欣;陈贵海;;传感器节点定位系统攻防机制研究[J];计算机科学;2008年07期

2 邓文莲;;无线传感器网络节点定位的仿真研究[J];计算机仿真;2012年05期

3 嵇玮玮;刘中;;递增式传感器节点定位方法的累积误差分析及其改进[J];南京理工大学学报(自然科学版);2008年04期

4 梅举;陈涤;辛玲;;基于蒙特卡洛方法的移动传感网节点定位优化算法[J];传感技术学报;2013年05期

5 王培东;祁春莉;;一种改进的节点定位方法[J];计算机应用与软件;2012年08期

6 李磊;秦国军;胡茑庆;陈铠;;基于传输距离估计的无线传感网节点定位方法[J];系统工程与电子技术;2009年01期

7 梁毓明;陈德海;黄朝志;;无线传感器网路节点定位技术的研究进展[J];江西理工大学学报;2010年03期

8 贺远华;黎洪生;;一种新的无线传感器网络分布式节点定位方法[J];武汉理工大学学报(信息与管理工程版);2010年04期

9 胡钢;张瑞;刘宴佳;;水下传感器网络移动节点定位问题研究[J];传感技术学报;2012年02期

10 李余琪;;基于修正残差的物联网节点定位算法仿真[J];计算机仿真;2013年05期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 何怡;郭爱煌;刘枫;;多层网状局域连通环境无线传感网络中的节点定位[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集（下册）[C];2008年

2 黄奕微;刘桂雄;洪晓斌;;WSN节点定位系统构建方法与实现[A];2010中国仪器仪表学术、产业大会（论文集1）[C];2010年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 胡冰;无线传感器网络节点定位与目标跟踪技术研究[D];武汉理工大学;2010年

2 陈维克;无线传感器网络路由和节点定位技术研究[D];武汉理工大学;2009年

3 王晟;无线传感网络节点定位与覆盖控制理论及技术研究[D];武汉理工大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王艳晖;无线传感器网络节点定位技术的研究[D];太原理工大学;2016年

2 梁涛;节点定位与系统优化研究[D];复旦大学;2011年

3 刘美轻;基于无线电干涉的无线传感器网络节点定位的研究[D];汕头大学;2009年

4 江涛;无线传感器网络中节点定位关键技术研究[D];安徽理工大学;2013年

5 李坤;基于蒙特卡洛的无线传感网移动节点定位研究[D];东华理工大学;2015年

6 张双;WSN中移动节点定位及其在智慧校园中的应用研究[D];河北师范大学;2015年

7 黄奕微;LSSVR三维节点定位机理与系统研发[D];华南理工大学;2011年

8 刘伟;基于改进粒子群优化算法的WSN节点定位的研究[D];南京邮电大学;2015年

9 周慧军;基于遗传算法的ZigBee节点定位技术研究[D];湖北工业大学;2011年

10 林国虎;基于支持向量机的无线传感器网络节点定位方法研究[D];江南大学;2014年

  本文关键词：无线传感器网络节点定位技术的研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：291091