基于RSSI和APIT的无线传感器网络定位算法的改进研究

发布时间：2017-05-24 20:11

  本文关键词：基于RSSI和APIT的无线传感器网络定位算法的改进研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,无线传感器网络是最热门的研究项目之一,能够广泛应用在智能家居、工业自动化、牲畜跟踪、国防军事、煤矿井下人员跟踪、环境监测及空间探索等众多领域。传感器网络研究的几个比较基本的问题包括：节点定位、网络通信协议、网络安全、数据融合、网络布局、时间同步及嵌入式操作系统等,是一种全新的获取信息和处理模式。其中,节点定位是无线传感器网络最基本最重要的一个方面。节点自身的位置信息不仅是监测事件发生的位置或获得其他重要信息的前提,也是提高路由效率、向管理者提供网络的覆盖质量和网络拓扑配置等功能的基础,如果没有事件发生的位置信息就没有任何意义。传感器网络节点的资源和能量都很有限,这使得节点的定位很困难。传感器网络的多样性也决定了不存在适用于各种网络环境的通用定位算法。在传感器网络中,定位算法可以分为基于测距的定位算法和基于非测距的定位算法,基于测距的定位算法能够实现较精确的定位,但对硬件的要求较高,而基于非测距的定位算法对硬件的要求不高,但定位精度却不足。论文通过将两类定位算法结合的方式以兼顾两类算法的不足,达到定位精度更高、性能更好的目的。首先,论文阐述了无线传感器网络定位系统的研究意义、国内外的研究现状及具体应用领域,分析了无线传感器网络的特点、体系结构、协议栈及其涉及的关键技术等基本内容。其次,在分析了如今比较主流的无线传感器网络定位算法基本原理的基础上,综合论述了无线传感器网络定位算法的分类及算法性能的评价标准。然后,论文对原APIT算法的不足进行了分析,引入一种两点定位方法和将第一次己定位的盲节点升级为信标节点的思想,提出一种新的改进算法RAPIT,并对改进的算法进行修正,从而提高了算法的定位精度和覆盖率。通过在Matlab上仿真试验,验证了算法的可靠性和精确性。最后,在RAPIT算法的基础上,提出了一种性能更好的定位算法MAPIT,其基本的改进思想是基于移动信标节点进行定位,从而改善盲节点的定位性能。另外,依据RSSI测距方法进行辅助定位以提高算法的定位精度。而后,对原APIT算法、RAPIT算法以及MAPIT算法进行了仿真实验,并分别基于节点密度、信标节点密度及节点的通信半径这几个方面对这三种算法的性能进行了详细分析。仿真结果表明,改进的MAPIT算法的综合性能得到了很大的改善。
【关键词】：无线传感器网络 定位算法 移动信标节点 APIT RSSI
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 绪论13-17
• 1.1 无线传感器网络定位系统的背景和研究意义13-14
• 1.2 无线传感器网络定位的研究现状14-15
• 1.2.1 国外无线传感器网络定位的研究现状14-15
• 1.2.2 国内无线传感器网络定位的研究现状15
• 1.3 无线定位的应用领域15-16
• 1.4 论文的主要工作16-17
• 第二章 无线传感器网络中的定位算法17-39
• 2.1 无线传感器网络定位技术17-22
• 2.1.1 无线传感器网络的研究内容17-18
• 2.1.2 无线传感器网络体系结构18-19
• 2.1.3 无线传感器网络的协议栈19-20
• 2.1.4 传感器网络定位中的基本术语20
• 2.1.5 节点结构20-21
• 2.1.6 传感器节点具有的特点21-22
• 2.2 无线传感器网络节点定位技术的基本原理22-25
• 2.2.1 基本原理22
• 2.2.2 定位算法的分类22-24
• 2.2.3 定位算法的评价准则24-25
• 2.3 基于距离的定位技术25-35
• 2.3.1 节点位置在二维空间下的计算方法25-29
• 2.3.2 节点位置在三维空间下的计算方法29-31
• 2.3.3 典型的基于测距的定位算法31-35
• 2.4 基于非距离的定位技术35-37
• 2.4.1 质心定位算法36
• 2.4.2 DV-Hop算法36-37
• 2.4.3 APIT定位算法37
• 2.5 本章小结37-39
• 第三章 基于RSSI和APIT的定位算法改进39-48
• 3.1 典型的APIT算法39-41
• 3.1.1 APIT算法的原理39
• 3.1.2 三角形内点的判断39-40
• 3.1.3 确定三角形重叠区域的方法40-41
• 3.2 APIT算法的不足41-42
• 3.3 无线信号传输模型42-43
• 3.3.1 RSSI基本原理42
• 3.3.2 基于非测距的无线信号传输模型42-43
• 3.4 算法的改进43-45
• 3.4.1 两点定位方法43-44
• 3.4.2 改进算法的执行流程描述44-45
• 3.5 仿真结果及分析45-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 基于移动信标节点的APIT算法改进48-58
• 4.1 定位算法改进思想48-49
• 4.2 改进的MAPIT算法执行流程描述49-50
• 4.3 算法仿真及分析50-57
• 4.3.1 节点的密度对算法仿真结果的影响52-53
• 4.3.2 信标节点密度对算法仿真结果的影响53-55
• 4.3.3 节点通信半径对算法仿真结果的影响55-56
• 4.3.4 算法性能的综合评价56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 结论与展望58-59
• 参考文献59-63
• 致谢63

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本文编号：391845