基于交叉变异的WSN节点蒙特卡罗定位算法研究

发布时间：2017-06-27 07:13

  本文关键词：基于交叉变异的WSN节点蒙特卡罗定位算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)于上个世纪90年代诞生以来,围绕其在各个领域中的应用研究就从未间断过。WSN节点定位能够提供节点的位置信息,是节点分簇、路由以及能量优化等的基础支撑技术。现阶段,针对节点定位的研究大多集中于静止的网络环境中,而对移动节点的定位研究还很少。随着WSN在移动场景中(如军事侦察、智能交通等)应用的不断增多,对移动环境下的WSN节点定位算法研究迫在眉睫。蒙特卡罗定位(MCL)最初应用于机器人定位,之后用于WSN移动节点定位,并取得了较好的定位效果。然而,MCL算法是一种粒子滤波,其最大缺陷就是粒子退化现象。虽然重采样技术的引入在一定程度上改善了粒子退化现象,但随之而来又出现了新的问题,即粒子多样性的丧失。由于样本集的多样性变差,很难近似表征节点位置的后验概率密度,使未知节点位置的估计精度难以提升。针对上述问题,本文提出一种基于遗传交叉、变异的多跳蒙特卡罗定位(GMMCL)算法,即利用遗传交叉、变异独特的寻优能力,使先验粒子向高似然区域移动。从而缓解了粒子退化,改善了样本的多样性,提高了节点位置估计精度。论文结构安排如下:第1章介绍了WSN研究背景、结构、特点、关键技术及研究移动WSN节点定位的意义。第2章主要介绍了WSN中移动节点定位的常见典型算法,重点对基于统计方法的定位算法(如MCL、MCB等)进行描述,并对典型算法的性能进行了比较。最后,简单介绍了一些其他适用于移动节点定位的算法。第3章首先对定位算法的理论基础贝叶斯估计和粒子滤波做了相对深入的描述,接着对遗传算法进行了介绍,阐述其在问题解寻优方面的独特优势,最后提出一种基于交叉变异的MMCL算法(GMMCL),并从理论上验证其可行性。第4章对提出的算法进行仿真验证。针对结果与已有算法从不同方面进行比较。结论对全文进行总结,提出不足之处,并对其发展方向进行展望。算法仿真方面,分析了未知节点定位误差随锚节点个数、节点最大移动速度、样本个数以及节点密度的变化情况,并与MCL、MCB及MMCL算法进行了对比分析。仿真结果分析表明,本文提出的GMMCL算法与其他三种算法相比,定位精度得到了一定程度的提高。
【关键词】：无线传感器网络 节点定位 MMCL算法 交叉 变异
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景9
• 1.2 移动无线传感器网络（WSN）结构、特点及关键技术9-13
• 1.2.1 移动WSN系统结构10-11
• 1.2.2 移动WSN网络特点11-12
• 1.2.3 移动WSN关键技术12-13
• 1.3 移动WSN节点定位的研究意义13
• 1.4 论文的主要工作和组织结构13-15
• 2 移动WSN节点定位15-33
• 2.1 移动WSN节点定位概述15-18
• 2.1.1 节点定位相关术语15-16
• 2.1.2 移动WSN网络分类16-17
• 2.1.3 移动WSN节点定位性能指标17-18
• 2.2 移动WSN节点典型定位算法18-31
• 2.2.1 贝叶斯估计18-20
• 2.2.2 粒子滤波20-23
• 2.2.3 蒙特卡罗定位相关算法23-31
• 2.3 WSN节点定位算法性能比较31
• 2.4 本章小结31-33
• 3 基于交叉变异的多跳蒙特卡罗定位（GMMCL）算法33-45
• 3.1 遗传算法概述33-35
• 3.1.1 遗传算法相关术语33-34
• 3.1.2 遗传算法基本流程34-35
• 3.2 MMCL定位算法流程35-38
• 3.3 GMMCL定位算法设计38-44
• 3.3.1 GMMCL算法原理38-39
• 3.3.2 GMMCL算法流程39-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 算法性能分析与仿真45-53
• 4.1 仿真环境与参数设置45-46
• 4.2 仿真结果及分析46-52
• 4.2.1 节点初始化分布46-47
• 4.2.2 算法收敛性47
• 4.2.3 定位误差性能47-52
• 4.3 本章小结52-53
• 结论53-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-59
• 攻读学位期间的研究成果59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 钱志鸿;王义君;;面向物联网的无线传感器网络综述[J];电子与信息学报;2013年01期

2 包晗;李凤荣;黄河清;刘海涛;;使用移动锚节点的增量式自定位算法研究[J];计算机工程与应用;2010年07期

3 汪炀;黄刘生;吴俊敏;徐宏力;;一种基于Monte Carlo的移动传感网络精确定位算法[J];小型微型计算机系统;2008年09期

4 纪阳,张平;无线传感器网络的体系结构[J];中兴通讯技术;2005年04期

  本文关键词：基于交叉变异的WSN节点蒙特卡罗定位算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：488866