基于RSSI的无线传感器网络定位系统设计

发布时间：2017-10-02 20:17

  本文关键词：基于RSSI的无线传感器网络定位系统设计

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【摘要】：无线传感器网络的定位技术做为无线传感器网络的主要技术之一,在实际中得到非常广泛的应用。近几年来国内外的定位研究算法较多,但对如何在实际工程中进行有效应用的研究起步较晚,算法尚不够成熟。受实际复杂环境的影响,在系统应用时会发生定位精确度低,定位坐标偏差大等问题。因此,对无线传感器网络定位系统如何进行有效定位的研究是非常具有实际意义的。论文的研究内容是将无线传感器定位算法应用于实际工程中,主要分为两个部分。第一部分是确定了定位算法。通过分析几种经典的定位算法,并经对比筛选,对经典的三边定位算法进行了拓展改进,介绍了基于RSSI的加权极大似然估计算法。最后,结合APIT算法,介绍了R-A混合定位算法。该算法利用了基于非测距的APIT定位算法进行辅助定位来弥补由于硬件限制导致基于RSSI的定位算法的先天精度不足,同时可以利用通过基于RSSI的定位算法测得的距离来降低APIT定位算法对于参考节点数量的要求,以及简化算法的计算通信开销。MATLAB仿真结果表明,R-A混合定位算法可以最大限度地减小节点定位误差,得到较准确的节点坐标。确定在实验平台中采用该种算法。第二部分是对定位系统实验平台进行了搭建并测试。第一步,通过对CC2530片上系统的模块进行适当增减,组成了协调器、参考节点和盲节点三种类型的节点,搭建了无线传感器网络的硬件系统;第二步,设计了下位机软件,分别对定位系统中的三种节点移植了ZigBee协议栈,组成了树形拓扑结构。第三步,设计了上位机软件,其功能包括数据采集、算法实现和GUI显示。第四步,对整个基于RSSI的无线传感器网络定位系统进行了测试和数据分析。通过MATLAB仿真和实验测试,结果表明,R-A混合定位算法可以用于实验平台,可实现定位功能,定位精度较高,达到预期效果,此外还有有组建成本低、易扩展维护等特点,有良好工程化前景。
【关键词】：无线传感器网络 定位 RSSI 加权极大似然估计 ZigBee
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【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
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-13
• 1.1 研究背景与意义10
• 1.2 无线传感器网络及其定位技术发展现状10-11
• 1.3 论文主要工作11-12
• 1.3.1 定位系统算法介绍11
• 1.3.2 定位系统算法仿真11
• 1.3.3 定位系统硬件设计11
• 1.3.4 定位系统软件设计11-12
• 1.3.5 定位系统测试分析12
• 1.4 论文章节安排12
• 1.5 本章小结12-13
• 第2章 ZigBee无线传感技术概述13-20
• 2.1 ZigBee技术概述13
• 2.2 ZigBee技术特点13-14
• 2.3 ZigBee技术网络拓扑结构14-16
• 2.4 ZigBee协议栈16-19
• 2.4.1 IEEE802.15.4 定义协议层17-18
• 2.4.2 ZigBee联盟定义的协议层18-19
• 2.5 本章小结19-20
• 第3章 无线传感器网络定位技术介绍20-25
• 3.1 基于非测距的定位算法20-21
• 3.1.1 DV-Hop定位20-21
• 3.1.2 质心定位算法21
• 3.1.3 APIT算法21
• 3.2 基于测距的定位算法21-23
• 3.2.1 基于TOA的定位算法21-22
• 3.2.2 基于TDOA的定位算法22
• 3.2.3 基于AOA的定位算法22
• 3.2.4 基于RSSI的定位算法22-23
• 3.3 典型定位算法比较23-24
• 3.4 本章小结24-25
• 第4章 无线传感器网络定位系统仿真25-39
• 4.1 三边定位算法25-26
• 4.2 极大似然估计算法26-28
• 4.3 加权极大似然估计算法28-29
• 4.4 R-A混合定位算法29-32
• 4.5 无线信号传输模型介绍32-34
• 4.6 仿真及结果分析34-38
• 4.6.1 MATLAB简介34
• 4.6.2 仿真环境建立34
• 4.6.3 仿真数据分析34-38
• 4.7 本章小结38-39
• 第5章 无线传感器网络定位系统设计与实现39-60
• 5.1 CC2530片上系统（SoC）39-40
• 5.2 定位系统设计40-41
• 5.3 上位机软件设计41-45
• 5.3.1 数据采集功能设计42
• 5.3.2 算法实现功能设计42-43
• 5.3.3 GUI界面显示设计43-45
• 5.4 下位机软件设计45-49
• 5.4.1 树形网络拓扑实现45-46
• 5.4.2 节点定位程序设计46-49
• 5.5 实验及结果分析49-58
• 5.5.1 确定RSSI与距离d的关系49-51
• 5.5.2 系统定位实验51-55
• 5.5.3 实验数据分析55-58
• 5.6 实验评价与改进58-59
• 5.7 本章小结59-60
• 第6章 结论60-62
• 参考文献62-64
• 在学研究成果64-65
• 致谢65

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本文编号：961597