基于距离优化的移动传感器网络定位技术研究

发布时间：2016-11-12 12:30

  本文关键词：基于距离优化的移动传感器网络定位技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

《北京理工大学》 2015年

基于距离优化的移动传感器网络定位技术研究

温龙飞  

【摘要】：无线传感器网络是由具备传感、计算和通信能力的传感器节点组成的多跳自组织网络。根据网络中节点是否具备移动能力，将无线传感器网络分为静态网络和移动网络两种。传感器网络可以实时监测、感知和采集目标区域中监测对象的各种信息并最终发送到应用终端。无论在国防军事、国民经济还是公共管理等相关领域，传感器网络都具有非常广泛的应用前景。节点定位问题是传感器网络中的关键性基础问题之一，而节点之间的距离估计又是绝大多数定位算法的基础。本文以多种不同拓扑结构的传感器网络为研究对象，致力于更透彻地研究传感器网络定位技术。全文以设计出高效、高精度的传感器网络定位算法为目的，通过理论分析、数字仿真和实物实验相结合的手段进行研究，并分别针对静态网络和移动网络的定位问题提出了一些新的思路和算法。 本文首先对传感器网络定位问题进行深入分析。从静态网络和移动网络两方面概述了现有传感器网络定位技术。对于静态网络，重点研究了基于多维定标技术和基于计算几何的定位算法，并分析了因节点之间的距离估计存在误差而导致的定位效率及精度较低的问题。对于移动网络，重点探讨了可移动锚节点的路径规划方式及基于概率模型的蒙特卡洛定位算法。 在内部含有空洞的静态传感器网络中，网络结构的奇异性会导致节点间的距离估计误差。本文将几何知识引入到距离修正过程中，通过构建虚拟空洞，根据线段间的几何关系优化传感器节点之间的距离，并与多维定标技术相结合，提出了一种集中式的传感器网络定位方法MDS-DO，该方法解决了在网络存在空洞的情况下基于多维定标的经典定位算法适用性较差的问题。仿真表明，该算法可以适用于存在多种类型空洞的网络，能较好地修正节点间的距离信息并最终显著地提高定位精度。 针对静态网络中因测距技术的不完善而形成的直接测距误差，提出了一种几何约束辅助的Voronoi图定位算法VBGCA。该算法利用Cayley-Menger行列式的几何应用对距离关系进行限制，从而得到关于测距误差的约束方程。当存在多个锚节点时，提出了一种以4个锚节点为基准的线性约束方程，并结合已有的二次约束，从理论上证明了多锚节点下距离约束的可行性。仿真和实验均表明，VBGCA算法可以较好地解决基于Voronoi图的定位算法中存在的定位失败问题，并能在一定程度上减小定位误差。 为更好地解决不同拓扑结构网络中存在的距离估计误差及由此引发的定位问题，本文研究了锚节点可移动传感器网络，并致力于充分发掘移动锚节点的其他辅助价值。针对内部含空洞的传感器网络，，采用图论等知识对空洞边界做分布式探寻，并利用移动锚节点标定空洞边界节点，这些关键节点可用于优化跨空洞节点之间的距离，从而实现定位精度的提高。针对在节点分布正常的网络中由多跳计算所导致的距离估计误差，首先提出了一种基于几何约束的数学优化模型，该模型利用邻居锚节点的信息对节点之间的距离进行优化；在此基础上，结合DV-Hop算法，提出了基于邻居锚节点约束的分布式NAC-DL定位算法，移动锚节点运动至待定位节点附近并辅助优化距离信息。仿真和实验均表明，NAC-DL算法可以有效减小距离估计误差并提高网络整体定位精度。最后，提出了一种移动锚节点的动态路径规划方式，该方式利用连通信息计算出网络关键位置并分析移动策略，在锚节点移动路径长度及广播信息包数量方面均比经典算法有所改善，有效降低节点能量消耗。

【关键词】：
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

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1 陈万明;梅涛;孟庆虎;梁华为;刘玉枚;;无线传感器网络中一种基于多维定标的迭代定位算法[J];传感技术学报;2007年05期

2 纪金水;;ZigBee无线传感器网络技术在工业自动化监测中的应用[J];工业仪表与自动化装置;2007年03期

3 赵欢;冯颖;罗娟;杨科华;;无线传感器网络的移动节点定位算法研究[J];湖南大学学报(自然科学版);2007年08期

4 王继春;黄刘生;徐宏力;徐犇;李善亮;;基于Voronoi图的无需测距的无线传感器网络节点定位算法[J];计算机研究与发展;2008年01期

5 魏叶华;李仁发;罗娟;陈洪龙;;基于动态网格划分的移动无线传感器网络定位算法[J];计算机研究与发展;2008年11期

6 李洪峻;卜彦龙;薛晗;李迅;马宏绪;;面向无线传感器网络节点定位的移动锚节点路径规划[J];计算机研究与发展;2009年01期

7 刘文红;刘文乐;;浅谈无线传感器网络的应用与发展[J];今日科苑;2009年04期

8 王林;王晓鹏;;改进的无线传感器网络中多维定标定位算法[J];计算机工程与应用;2011年27期

9 张美杨;季仲梅;王建辉;;基于加权多维定标的组网定位算法[J];计算机工程;2011年02期

10 邢志卿;付兴;房骏;张宝乾;丁润锁;;物联网技术在现代农业生产中的应用研究[J];农业技术与装备;2010年08期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 刘影;无线传感器网络节点定位算法研究[D];吉林大学;2011年

2 王继春;无线传感器网络节点定位若干问题研究[D];中国科学技术大学;2009年

3 张松涛;无线传感器网络定位问题研究[D];华中科技大学;2010年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 何文德;杨凤年;刘光灿;;无线传感器网络在文物保护中的应用[J];安防科技;2007年07期

2 刘海波;邹涛;翁哲;;无线传感器网络在执勤枪械定位中的应用[J];安防科技;2009年09期

3 张开风;胡艳军;许耀华;姜新红;仇乐乐;王福俊;高韦;丁胜建;;WSN与GPRS结合的远程图像等数据采集系统设计[J];安徽大学学报(自然科学版);2011年04期

4 林丽萍;;无线传感器网络节点的研究与应用[J];安徽职业技术学院学报;2010年04期

5 余华;孙艳红;车银超;郭玉峰;;无线传感器网络在现代农业中的应用[J];安徽农业科学;2010年04期

6 余华;吕宁波;;基于无线传感器网络的农田信息管理系统的研究[J];安徽农业科学;2010年32期

7 范书平;高巍;马宝英;;一种无线温度传感器网络中节能的路由协议[J];安徽农业科学;2011年02期

8 齐莉;;物联网农业智能测控系统的特点、优势及其在温室大棚的应用[J];安徽农业科学;2011年30期

9 杨治秋;柴宝杰;;无线传感器网络在农业信息监控系统中的应用[J];安徽农业科学;2011年35期

10 归奕红;;无线传感网应用于设施农业的节能方案研究[J];安徽农业科学;2012年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 张维勇;张芬;马学森;;基于IEEE802.15.4的一种分簇算法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

2 石为人;张阳;邓鹏程;;传感器网络局部时间同步协议研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

3 刘增力;李雯霏;龙华;朵琳;;能量相关DSR协议OPNET仿真及性能分析[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

4 罗旭;柴利;杨君;;无线传感器网络TTSL迭代定位算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

5 任玲;唐昊;周雷;魏振春;;一种能量高效的无线传感器网络自适应传输方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

6 何坚;方康玲;李晓卉;韩维;;基于无线传感器网络的涉密载体智能监管系统研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年

7 陈传友;张在琛;;基于ADF7020-1的无线收发模块的设计与实现[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年

8 丁飞;马小铁;;LEACH协议在群体生理参数采集中的实现[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年

9 于亮亮;刘刚;王俊;;基于IEEE802.15.4的温室环境信息采集系统[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年

10 谢宇博;刘刚;王俊;于亮亮;;基于PDA的温室环境信息管理系统的研究与开发[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 张晋;无线传感器网络覆盖控制算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 王蕊;无线传感器网络部署与拓扑控制研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

3 孙玉婷;基于柱形换能器的水下传感器网络组网协议研究[D];中国海洋大学;2009年

4 罗汉江;海洋监测传感器网络关键技术研究[D];中国海洋大学;2010年

5 郭瑛;基于事件触发的无线传感器网络关键技术研究[D];中国海洋大学;2010年

6 周鹏;水下传感器网络海上试验平台的研究与设计[D];中国海洋大学;2010年

7 张书奎;无线传感器网络中信息分发的可靠性研究[D];苏州大学;2010年

8 高艺;能源自给低功耗无线传感器网络关键技术研究[D];南开大学;2010年

9 吴磊;无线自组织网络中的路由技术相关问题研究[D];电子科技大学;2010年

10 陈伟;多跳无线网络路由关键技术研究[D];电子科技大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 叶青;基于可信的无线传感器网络认证技术的研究[D];安徽工程大学;2010年

2 谌业滨;无线传感器网络自身健康状态融合机制研究[D];南昌航空大学;2010年

3 乔田田;无线传感器网络路由协议研究[D];山东科技大学;2010年

4 骆科学;基于ZigBee的无线传感器网络节点在矿井机车运输监控系统中的应用研究[D];山东科技大学;2010年

5 彭慧;面向离散型制造业的嵌入式MES检测终端开发[D];浙江理工大学;2010年

6 闭启礼;水文传感器网络部署优化研究[D];郑州大学;2010年

7 张永琦;无线传感器网络中基于网关的分级簇算法研究[D];郑州大学;2010年

8 张磊;基于无线传感器网络的实验管理系统的设计与实现[D];郑州大学;2010年

9 刘兰涛;无线传感器网络中时间同步技术的研究[D];郑州大学;2010年

10 许俊杰;无线通信技术在设备状态监测中的研究与应用[D];郑州大学;2010年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈娟;李长庚;宁新鲜;;基于移动信标的无线传感器网络节点定位[J];传感技术学报;2009年01期

2 曹鸿兴,陈国范;多因子综合的降维法——非线性映象在天气预报中的应用[J];大气科学;1979年02期

3 高小平;中国智能家居的现状及发展趋势[J];低压电器;2005年04期

4 马一丁;;透过应用看物联网发展前景[J];中国电子商情(基础电子);2010年Z1期

5 孙佩刚;赵海;张文波;尹震宇;赵明;;普适计算中定位服务的参考点布置及选择算法[J];电子学报;2006年08期

6 陈桂忠;董利达;;基于位姿评估的无线传感器网络自主移动节点定位技术[J];电子学报;2008年12期

7 田丰;郭巍;王传云;拱长青;孙小平;;大规模WSNs多层定位模型与误差分析[J];电子学报;2009年05期

8 刘锋;张翰;杨骥;;一种基于加权处理的无线传感器网络平均跳距离估计算法[J];电子与信息学报;2008年05期

9 王洁;王洪玉;高庆华;金明录;;一种适用于移动传感器网络的增强型蒙特卡罗定位跟踪算法[J];电子与信息学报;2010年04期

10 祈志强;;关于智能家居市场的思考[J];智能建筑与城市信息;2007年11期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 王继春;无线传感器网络节点定位若干问题研究[D];中国科学技术大学;2009年

2 魏叶华;无线传感器网络中定位问题研究[D];湖南大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 宗大伟;Voronoi图及其应用研究[D];南京航空航天大学;2006年

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中国期刊全文数据库 前10条

1 姜钧;程良伦;;无线传感器网络局部锚节点冗余的休眠定位算法[J];传感器与微系统;2012年01期

2 肖琳;单志龙;;基于虚拟锚节点的序列定位算法研究[J];计算机与现代化;2012年06期

3 王茂臣;樊秀梅;;单个锚节点的路径规划机制及定位方法研究[J];天津科技大学学报;2013年02期

4 史跃飞;冯秀芳;高昊;;一种基于动态锚节点的改进加权定位算法[J];计算机应用与软件;2013年10期

5 梁甲金;邓平;;一种基于移动锚节点的多坐标系定位算法[J];云南民族大学学报(自然科学版);2010年04期

6 崔焕庆;王英龙;周传爱;;应用三个移动锚节点的非测距定位方法[J];山东科技大学学报(自然科学版);2011年01期

7 屈剑锋;郭茂耘;;一种基于锚节点分簇的传感器网络节点定位方法[J];计算机应用研究;2011年09期

8 孙晓玲;李伟勤;陈涛;郑勉;;用移动锚节点实现无线传感器网络定位[J];微计算机信息;2011年09期

9 汪晗;齐望东;王坤;;无线传感器网络中基于刚性的移动锚节点路径规划[J];电子与信息学报;2011年10期

10 郑征;李云飞;严建峰;赵永杰;;基于锚节点的车载网地理路由算法[J];计算机应用;2013年12期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 潘文鑫;杜庆伟;;锚节点稀疏的无线传感网络节点定位算法[A];第九届中国通信学会学术年会论文集[C];2012年

2 汪丽华;张国煊;申兴发;;移动锚节点辅助的DV-hop定位方法研究[A];浙江省电子学会2008年学术年会论文集[C];2008年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 唐弢;基于锚节点的无线传感器网络定位技术研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

2 马琳;基于IR-UWB信号的穿墙目标定位方法研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

3 温龙飞;基于距离优化的移动传感器网络定位技术研究[D];北京理工大学;2015年

4 王瑞锦;复杂环境下的无线传感器网络定位关键技术研究[D];电子科技大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 何小敏;基于移动锚节点的无线传感器网络定位算法研究[D];重庆大学;2012年

2 蒲石;无线传感器网络节点定位与移动锚节点路径规划[D];华东理工大学;2014年

3 梁甲金;基于移动锚节点的无线传感器网络定位技术研究[D];西南交通大学;2010年

4 蔡泽辉;稀疏锚节点下室内人员定位跟踪算法研究[D];中国矿业大学;2014年

5 祁会波;无线传感器网络中基于移动锚节点的定位算法研究[D];太原理工大学;2010年

6 祁春莉;无线传感器网络移动锚节点定位方法研究[D];哈尔滨理工大学;2012年

7 黎作鹏;基于移动锚节点的无线传感器网络定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

8 姜钧;战时医院环境无线传感器网络节点定位技术研究[D];广东工业大学;2011年

9 田美玲;基于移动锚节点的无线传感器网络定位技术研究[D];太原理工大学;2011年

10 潘文鑫;锚节点稀疏的WSN节点定位算法[D];南京航空航天大学;2012年

  本文关键词：基于距离优化的移动传感器网络定位技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：171962