無線傳感器網(wǎng)絡低功耗路由與節(jié)點目標跟蹤定位研究.pdf

1、近年來，作為新興的測控網(wǎng)絡技術--無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless SensorNetworks，WSN)，伴隨著微電子機械系統(tǒng)、計算機、通信、自動控制和人工智能等學科獲得了飛速的發(fā)展。網(wǎng)絡將大量具有通信與計算能力的微小傳感器節(jié)點投放于監(jiān)測區(qū)域，實時感知、采集并處理監(jiān)測對象的信息，并且采用自組織、自適應和多跳協(xié)作的通信方式實現(xiàn)了將自然界的物理信息與邏輯世界信息的完美融合，改變了人類傳統(tǒng)的生活方式。無線傳感器網(wǎng)絡因獨具低功耗、易投放、高容

2、錯以及高精度測量的優(yōu)點，使其在軍事、商業(yè)和民用等領域都得到極其廣泛的應用。
　　 本論文根據(jù)前人的研究工作，分別從網(wǎng)絡層和應用層，展開了對路由實現(xiàn)、傳感器節(jié)點投放區(qū)域的通信覆蓋以及傳感器網(wǎng)絡中目標跟蹤定位技術的深入研究。在上述問題的研究中，針對不同的應用需求，在無線傳感器網(wǎng)絡的負載平衡、簇首節(jié)點優(yōu)化選擇、傳感器節(jié)點優(yōu)化投放分布以及對運動目標的高精度跟蹤定位等方面提出了具有實際應用價值的改進算法，并通過計算機仿真對性能進行驗證和評

3、估。
　　 具體的創(chuàng)新研究內容有：
　　 (1)根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡中因節(jié)點有效傳輸半徑對路由選擇的制約，改進基于最小生成樹的分簇多跳路由算法，改善因路由選擇對網(wǎng)絡能耗的影響。該算法利用Voronoi圖的泊松過程特性優(yōu)化簇首節(jié)點數(shù)，并結合最小生成樹動態(tài)調整簇內外節(jié)點的路由發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)網(wǎng)絡能耗優(yōu)化。仿真結果表明該算法在開銷容忍的前提下，網(wǎng)絡均衡負載，并與相同仿真條件下的基于LEACH的分層多跳路由算法相比，更有效地延長了網(wǎng)絡壽命

4、，同時降低了計算時間復雜度。
　　 (2)針對無線傳感器網(wǎng)絡中傳感器節(jié)點投放分布對投放區(qū)域有效通信信號覆蓋的影響，改進了一種基于通信覆蓋的分布式投放概率覆蓋算法。在保證投放精度的前提下，該算法根據(jù)傳感器節(jié)點在投放區(qū)域中位置的不確定性以及信號衰減特性，建立信號覆蓋模型，并通過信號覆蓋率計算出各節(jié)點預定投放位置，由傳感器節(jié)點的自定位算法獲取定位信息為前提，獲取節(jié)點的投放位置和投放數(shù)目。在改善區(qū)域通信覆蓋的同時，提高了節(jié)點分布效率，達

5、到節(jié)省網(wǎng)絡資源的目的。通過仿真比較了在不同定位投放方法下的各相關性數(shù)據(jù)，驗證了該算法可實現(xiàn)高效投放的優(yōu)越性能。
　　 (3)在關于無線傳感器網(wǎng)絡應用方面，提出了在實現(xiàn)投放區(qū)域有效通信信號覆蓋的基礎上保證局部能量有效損耗的路由設計要求，由此提出了基于多跳路徑劃分子空間的分簇路由算法。該路由算法在獲得相應的節(jié)點拓撲分布的前提下實現(xiàn)了能量平均損耗，而節(jié)點拓撲的獲取則通過采用高斯分布的定位誤差模型與馬爾可夫鏈性質相結合，改進了以前算法對

6、于傳感器節(jié)點拓撲結構的獲取。通過對整個算法的仿真，得到的相關數(shù)據(jù)證明了算法在實現(xiàn)網(wǎng)絡硬件資源優(yōu)化和能量有效損耗方面所具有的較好的性能。
　　 (4)在對運動目標跟蹤定位的研究中，對于無法得知目標的運動狀態(tài)方程和觀測噪聲的概率密度分布的情況時，提出基于粒子濾波和曲線準線性優(yōu)化的目標跟蹤算法。算法利用傳感器節(jié)點的感知圓的幾何特性確定目標的運動區(qū)域的邊界限制，借鑒cost reference粒子濾波算法，估計出目標的運動軌跡，隨后通過