無線傳感器網(wǎng)絡(luò)非測距三維定位算法的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)作為一種由大量結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉的微型傳感器集成無線通信接口所組成的網(wǎng)絡(luò)，它在環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)難救助、目標(biāo)跟蹤、醫(yī)療監(jiān)護(hù)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。在這些應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)的位置信息對傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測活動至關(guān)重要。事件發(fā)生的位置是傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測消息中所包含的重要信息，沒有位置信息的監(jiān)測消息往往毫無意義。同時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一些協(xié)議比如基于地理信息的路由也需要定位信息作為支撐。因此，節(jié)點(diǎn)自定位技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要研究內(nèi)容

2、之一，具有非常重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　 首先，本文概述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，然后重點(diǎn)研究其節(jié)點(diǎn)定位問題。節(jié)點(diǎn)定位算法可以分為基于測距(Range-based)和無需測距（Range-free）兩類。無需測距定位技術(shù)因其低成本和低功耗而備受關(guān)注。本文概述了幾種典型的非測距定位算法，如質(zhì)心算法、凸規(guī)劃、DVHop、APIT、ROCRSSI等，分析了每種算法的優(yōu)缺點(diǎn)，指出現(xiàn)有定位算法所存在的問題。這些算法均基于二維

3、平面應(yīng)用而設(shè)計(jì)，且較難擴(kuò)展到三維空間。而在實(shí)際應(yīng)用中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在空間上往往部呈立體分布，比如在海洋環(huán)境監(jiān)測中，在海平面下不同深度部署傳感器節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行水溫、鹽度、洋流、潮汐探測等。這些三維應(yīng)用具有更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，需要更加健壯的定位算法進(jìn)行立體空間定位。
　　 本文的研究工作主要圍繞三維定位算法展開?，F(xiàn)有的三維定位算法有兩種解決方案，一種是依靠與錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交換，通過三角計(jì)算等方法來獲取未知節(jié)點(diǎn)的位置；另一種是通過基

4、礎(chǔ)設(shè)施在網(wǎng)內(nèi)動態(tài)廣播消息進(jìn)行定位。對于后者來說，定位成敗完全取決于基礎(chǔ)設(shè)施，存在安全隱患。因此本文重點(diǎn)關(guān)注第一種解決方案。本文針對目前三維定位算法存在的不足，基于網(wǎng)格劃分思想和投票機(jī)制，提出一種分布式非測距三維定位算法(3D-DRL)。該算法將仿真區(qū)域劃分為大小相同的立體網(wǎng)格，錨節(jié)點(diǎn)對所有網(wǎng)格進(jìn)行投票，最后將得票值最高的網(wǎng)格作為未知節(jié)點(diǎn)的‘最大可能定位區(qū)域’，選取該區(qū)域的質(zhì)心作為未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置。3D-DRL無需未知節(jié)點(diǎn)間相互通信，具