基于蒙特卡洛的无线传感器网络移动节点定位改进算法研究
发布时间：2021-03-01 09:15
随着无线传感器技术的发展,无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSN）渗透到人们工作与生活的各个领域。无线传感器网络通过节点间的协同合作对网络覆盖区域内的相关信息进行感知、采集和处理,与观察者实现信息交互。定位是无线传感器网络应用的基础和关键技术之一。由于能耗、成本和扩展性等限制,目前常见的GPS等定位技术明显不适用于大规模的无线传感器网络。因此,研究和设计一种高效低功耗的WSN节点自定位算法具有重要研究价值。蒙特卡洛定位（Monte Carlo Localization,MCL）算法是第一个针对移动节点定位的非测距定位方法,该算法利用节点的移动特性优化定位性能,为定位研究提供了全新的思路。本文通过分析无线传感器网络中MCL算法的优势和不足,在其基础上提出了两种改进算法,通过增强滤波条件、完善过滤机制以及优化权值多方面实现定位性能的提高。本文所做的主要研究工作如下:（1）介绍了无线传感器网络的背景和发展历程,详细介绍了无线传感器网络的工作原理、结构特性、具体应用和几个主要研究方向的研究现状,阐述了节点定位的相关知识,介绍了几种典型的定位算法,其中对蒙特卡洛...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 无线传感器网络的研究现状及主要问题
1.2.1 发展历程
1.2.2 研究现状分析
1.2.3 存在的主要问题
1.3 论文主要研究内容和组织结构
第2章 无线传感器网络和节点定位技术
2.1 无线传感器网络概述
2.1.1 无线传感器网络工作原理
2.1.2 无线传感器网络的特性
2.1.3 无线传感器网络的应用
2.2 节点定位技术基础
2.2.1 节点定位的基本概念
2.2.2 定位系统的基本组成
2.2.3 节点定位的性能指标和主要技术挑战
2.3 节点定位算法
2.3.1 基于测距的定位算法
2.3.2 无需测距的定位算法
2.4 蒙特卡洛定位算法
2.4.1 基本思想
2.4.2 系统模型和已知参数
2.4.3 MCL算法的具体实现
2.5 本章小结
第3章 DEMCL移动节点定位算法
3.1 问题陈述
3.2 理论基础
3.2.1 运动模型
3.2.2 最短路径问题
3.3 改进算法—DEMCL算法
3.3.1 算法设计思路
3.3.2 距离估计
3.3.3 位置预测、滤波和重采样
3.3.4 DEMCL算法总结
3.4 实验仿真与分析
3.4.1 仿真参数和试验场景设置
3.4.2 距离估计算法仿真分析
3.4.3 定位精度比较
3.4.4 算法网络覆盖率比较
3.5 本章小结
第4章 MSMCL移动节点定位算法
4.1 问题陈述
4.2 Meanshift算法介绍
4.3 改进算法—MSMCL算法
4.3.1 算法设计思路
4.3.2 过滤阶段
4.3.3 权值优化
4.3.4 MSMCL算法总结
4.4 实验仿真与分析
4.4.1 定位精度比较
4.4.2 网络覆盖率比较
4.4.3 通信开销
4.5 结论
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
在校期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]UHF-RFID环境下的移动机器人定位方法[J]. 张文安,陈国庆,杨旭升. 控制与决策. 2018(10)
[2]基于RSSI测距的DV-Hop算法[J]. 刘三阳,胡亚静,张朝辉. 控制与决策. 2017(10)
[3]智慧协同工业无线传感器网络[J]. 杨冬,马剑,张宏科. 电子学报. 2017(06)
[4]能量分簇传感器网络距离误差校正MDS-MAP定位算法[J]. 田洪亮,钱志鸿,王义君,梁潇. 电子与信息学报. 2017(07)
[5]节点约束型最短路径的分层Dijkstra算法[J]. 康文雄,许耀钊. 华南理工大学学报(自然科学版). 2017(01)
[6]基于自适应蒙特卡罗的动态无线传感器网络节点定位算法[J]. 张具琴,蔡艳艳,司小平,郭学军. 应用激光. 2016(04)
[7]基于萤火虫算法改进移动机器人定位方法研究[J]. 朱奇光,肖亚昆,陈卫东,倪春香,陈颖. 仪器仪表学报. 2016(02)
[8]基于序列相关值的蒙特卡罗优化算法[J]. 刘志华,息珍珍,张双,陈嘉兴. 电子学报. 2015(10)
[9]无线传感器网络中一种改进的凸规划定位算法[J]. 向满天,罗嗣力,戴美思. 传感技术学报. 2014(08)
[10]基于估计距离的无需测距定位算法[J]. 孟颍辉,闻英友,陈剑,赵宏. 东北大学学报(自然科学版). 2014(07)
本文编号：3057271
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 无线传感器网络的研究现状及主要问题
1.2.1 发展历程
1.2.2 研究现状分析
1.2.3 存在的主要问题
1.3 论文主要研究内容和组织结构
第2章 无线传感器网络和节点定位技术
2.1 无线传感器网络概述
2.1.1 无线传感器网络工作原理
2.1.2 无线传感器网络的特性
2.1.3 无线传感器网络的应用
2.2 节点定位技术基础
2.2.1 节点定位的基本概念
2.2.2 定位系统的基本组成
2.2.3 节点定位的性能指标和主要技术挑战
2.3 节点定位算法
2.3.1 基于测距的定位算法
2.3.2 无需测距的定位算法
2.4 蒙特卡洛定位算法
2.4.1 基本思想
2.4.2 系统模型和已知参数
2.4.3 MCL算法的具体实现
2.5 本章小结
第3章 DEMCL移动节点定位算法
3.1 问题陈述
3.2 理论基础
3.2.1 运动模型
3.2.2 最短路径问题
3.3 改进算法—DEMCL算法
3.3.1 算法设计思路
3.3.2 距离估计
3.3.3 位置预测、滤波和重采样
3.3.4 DEMCL算法总结
3.4 实验仿真与分析
3.4.1 仿真参数和试验场景设置
3.4.2 距离估计算法仿真分析
3.4.3 定位精度比较
3.4.4 算法网络覆盖率比较
3.5 本章小结
第4章 MSMCL移动节点定位算法
4.1 问题陈述
4.2 Meanshift算法介绍
4.3 改进算法—MSMCL算法
4.3.1 算法设计思路
4.3.2 过滤阶段
4.3.3 权值优化
4.3.4 MSMCL算法总结
4.4 实验仿真与分析
4.4.1 定位精度比较
4.4.2 网络覆盖率比较
4.4.3 通信开销
4.5 结论
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
在校期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]UHF-RFID环境下的移动机器人定位方法[J]. 张文安,陈国庆,杨旭升. 控制与决策. 2018(10)
[2]基于RSSI测距的DV-Hop算法[J]. 刘三阳,胡亚静,张朝辉. 控制与决策. 2017(10)
[3]智慧协同工业无线传感器网络[J]. 杨冬,马剑,张宏科. 电子学报. 2017(06)
[4]能量分簇传感器网络距离误差校正MDS-MAP定位算法[J]. 田洪亮,钱志鸿,王义君,梁潇. 电子与信息学报. 2017(07)
[5]节点约束型最短路径的分层Dijkstra算法[J]. 康文雄,许耀钊. 华南理工大学学报(自然科学版). 2017(01)
[6]基于自适应蒙特卡罗的动态无线传感器网络节点定位算法[J]. 张具琴,蔡艳艳,司小平,郭学军. 应用激光. 2016(04)
[7]基于萤火虫算法改进移动机器人定位方法研究[J]. 朱奇光,肖亚昆,陈卫东,倪春香,陈颖. 仪器仪表学报. 2016(02)
[8]基于序列相关值的蒙特卡罗优化算法[J]. 刘志华,息珍珍,张双,陈嘉兴. 电子学报. 2015(10)
[9]无线传感器网络中一种改进的凸规划定位算法[J]. 向满天,罗嗣力,戴美思. 传感技术学报. 2014(08)
[10]基于估计距离的无需测距定位算法[J]. 孟颍辉,闻英友,陈剑,赵宏. 东北大学学报(自然科学版). 2014(07)
本文编号：3057271
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