基于智能优化的WSN定位算法研究与改进
发布时间：2021-02-07 14:36
随着信息技术、智能通信和物联网的飞速发展,基于位置的服务受到越来越多的关注,商场、酒店、停车场、医院、智慧城市等应用对位置信息都有着极大的需求。无线传感器网络具有成本低、能耗低、环境适应性强等优点,被广泛应用于现实生活中,为我们提供数据监测、无线通信以及数据控制、定位等服务。在当前的研究热门话题中,基于无线传感器网络定位算法的研究已占据了一席之位。本文的主要研究内容为无线传感器网络定位算法,国内外学者依据是否需要测量节点之间的距离将定位算法分为两大类。一种是依据测距实现的定位算法,另一种则是依据非测距实现的定位算法。本文对DV-Hop定位算法、RSSI定位算法进行研究,这两种定位算法在不同的应用场景中定位精度具有一定的局限性,本文的研究目标是如何减小未知节点在定位过程中产生的误差,提高定位精度。主要工作如下:（1）通过文献调研,对两大类定位算法的优缺点进行了归纳总结。从节点部署、网络连通度、定位误差三个方面对两大类定位算法中的经典算法进行验证。（2）提出基于改进粒子群的DV-Hop定位算法。针对DV-Hop定位算法在定位过程中,节点之间的跳段距离取代了节点间的实际距离,未知节点在进行计...
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无线传感器网络架构
第2章无线传感器网络节点定位相关理论研究11图2-2传感器节点构造体系(1)处理器与运算器构成了数据处理模块。处理器对传感器节点之间的运行、任务调度、数据信息融合等进行协同管理。运算器主要负责将传感器节点采集到的数据信息以及节点在运行通讯中产生的数据完整存储起来。(2)由传感器、AC/DC共同组成了传感器模块。首先通过传感器完成网络中的数据信息采集工作，AC/DC完成了数据的转换工作，最后将转换的数据信息完整传输出去。(3)无线通信模块是由通信芯片和滤波电路组成，主要负责节点之间的相互通信和转发数据。(4)电源管理模块保证了各功能模块的正常工作，但是节点本身所携带的电池能量是有限的，当该模块出现设备故障或能量耗尽之后那么该模块就将停止工作，因此将导致其他模块也无法正常工作，该节点将进入死亡状态。2.2.3节点定位技术原理如图2-3所示，节点通过随机分布的方式在目标监测区域中部署，其中圆圈表示的是未知节点，表示的是锚节点，锚节点通过自身所携带的定位设备能够获取到自己的位置信息，由于成本等因素，在监测区域内部署的锚节点数量是一定的，所以我们需要通过一定的技术和计算方法对未知节点进行定位。节点在监测区域内进行通讯、实现信息交互，通过广播的方式将自身携带的数据信息传送给相邻节点。未知节点获取到相邻锚节点的坐标信息、跳数等信息后，利用定位算法及相关技术实现未知节点的定位。
基于智能优化的WSN定位算法研究与改进12图2-3节点部署2.3定位的常用计算方法2.3.1三边测量法三边测量法主要是在获取到锚节点数量达到3个或三个以上后，在计算出未知节点到相邻节点距离的基础上，利用几何距离计算出未知节点的坐标。如图2-4所示。假设网络中未知节点U的坐标信息为(x,y)，锚节点A的坐标信息为(x1,y1)，锚节点B的坐标信息为(x2,y2)、锚节点C的坐标信息为(x3,y3),由公式（2-1）计算出锚节点与未知节点U之间的距离分别为d1、d2、d3。232332222221211yyxxdyyxxdyyxxd（2-1）由公式（2-1）我们可以得出公式（2-2）。222323222322323221232321232131312222ddyyxxyyxxxddyyxxyyxxx（2-2）由公式（2-2）我们可以求出未知节点U的坐标信息，如公式（2-3）所示。2223232223222123232123211323231312222ddyyxxddyyxxyyxxyyxxyx（2-3）
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进花授粉算法的RSSI定位方法[J]. 刘国繁,肖勇. 传感器与微系统. 2019(11)
[2]Grid-Scan定位算法的虚拟锚节点策略改进[J]. 宋海声,朱长驹,杨鸿武,吴佳欣. 计算机工程与应用. 2017(16)
[3]基于加权虚拟力模型的锚节点移动策略的研究[J]. 魏连锁,蔡绍滨,潘实. 通信学报. 2017(06)
[4]基于跳距修正粒子群优化的WSN定位算法[J]. 赵雁航,钱志鸿,尚小航,程超. 通信学报. 2013(09)
[5]基于Amorphous的无线传感器网络定位算法研究[J]. 安文秀,赵菊敏,李灯熬. 传感器与微系统. 2013(02)
[6]基于粒子群算法的改进DV-Hop定位算法[J]. 赵吉,傅毅,梅娟. 计算机应用与软件. 2012(12)
[7]一种无线传感器网络质心定位改进算法[J]. 朱博,陈曙. 传感技术学报. 2010(06)
[8]基于RSSI无线传感器网络空间定位算法[J]. 周艳,李海成. 通信学报. 2009(06)
博士论文
[1]基于节点信誉的无线传感器网络安全关键技术研究[D]. 欧阳熹.北京邮电大学 2013
[2]无线传感器网络室内定位与网络修复方法研究[D]. 程龙.东北大学 2013
本文编号：3022375
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无线传感器网络架构
第2章无线传感器网络节点定位相关理论研究11图2-2传感器节点构造体系(1)处理器与运算器构成了数据处理模块。处理器对传感器节点之间的运行、任务调度、数据信息融合等进行协同管理。运算器主要负责将传感器节点采集到的数据信息以及节点在运行通讯中产生的数据完整存储起来。(2)由传感器、AC/DC共同组成了传感器模块。首先通过传感器完成网络中的数据信息采集工作，AC/DC完成了数据的转换工作，最后将转换的数据信息完整传输出去。(3)无线通信模块是由通信芯片和滤波电路组成，主要负责节点之间的相互通信和转发数据。(4)电源管理模块保证了各功能模块的正常工作，但是节点本身所携带的电池能量是有限的，当该模块出现设备故障或能量耗尽之后那么该模块就将停止工作，因此将导致其他模块也无法正常工作，该节点将进入死亡状态。2.2.3节点定位技术原理如图2-3所示，节点通过随机分布的方式在目标监测区域中部署，其中圆圈表示的是未知节点，表示的是锚节点，锚节点通过自身所携带的定位设备能够获取到自己的位置信息，由于成本等因素，在监测区域内部署的锚节点数量是一定的，所以我们需要通过一定的技术和计算方法对未知节点进行定位。节点在监测区域内进行通讯、实现信息交互，通过广播的方式将自身携带的数据信息传送给相邻节点。未知节点获取到相邻锚节点的坐标信息、跳数等信息后，利用定位算法及相关技术实现未知节点的定位。
基于智能优化的WSN定位算法研究与改进12图2-3节点部署2.3定位的常用计算方法2.3.1三边测量法三边测量法主要是在获取到锚节点数量达到3个或三个以上后，在计算出未知节点到相邻节点距离的基础上，利用几何距离计算出未知节点的坐标。如图2-4所示。假设网络中未知节点U的坐标信息为(x,y)，锚节点A的坐标信息为(x1,y1)，锚节点B的坐标信息为(x2,y2)、锚节点C的坐标信息为(x3,y3),由公式（2-1）计算出锚节点与未知节点U之间的距离分别为d1、d2、d3。232332222221211yyxxdyyxxdyyxxd（2-1）由公式（2-1）我们可以得出公式（2-2）。222323222322323221232321232131312222ddyyxxyyxxxddyyxxyyxxx（2-2）由公式（2-2）我们可以求出未知节点U的坐标信息，如公式（2-3）所示。2223232223222123232123211323231312222ddyyxxddyyxxyyxxyyxxyx（2-3）
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进花授粉算法的RSSI定位方法[J]. 刘国繁,肖勇. 传感器与微系统. 2019(11)
[2]Grid-Scan定位算法的虚拟锚节点策略改进[J]. 宋海声,朱长驹,杨鸿武,吴佳欣. 计算机工程与应用. 2017(16)
[3]基于加权虚拟力模型的锚节点移动策略的研究[J]. 魏连锁,蔡绍滨,潘实. 通信学报. 2017(06)
[4]基于跳距修正粒子群优化的WSN定位算法[J]. 赵雁航,钱志鸿,尚小航,程超. 通信学报. 2013(09)
[5]基于Amorphous的无线传感器网络定位算法研究[J]. 安文秀,赵菊敏,李灯熬. 传感器与微系统. 2013(02)
[6]基于粒子群算法的改进DV-Hop定位算法[J]. 赵吉,傅毅,梅娟. 计算机应用与软件. 2012(12)
[7]一种无线传感器网络质心定位改进算法[J]. 朱博,陈曙. 传感技术学报. 2010(06)
[8]基于RSSI无线传感器网络空间定位算法[J]. 周艳,李海成. 通信学报. 2009(06)
博士论文
[1]基于节点信誉的无线传感器网络安全关键技术研究[D]. 欧阳熹.北京邮电大学 2013
[2]无线传感器网络室内定位与网络修复方法研究[D]. 程龙.东北大学 2013
本文编号：3022375
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