基于錨節(jié)點的無線傳感器網絡定位技術研究.pdf

1、隨著科技信息化進程不斷加快,通過節(jié)點自組織建立具有快速組網、靈活展開及良好健壯性和可擴展性等優(yōu)點的無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks,WSN)正日益受到學者們的關注。作為物聯(lián)網技術的核心組成部分,WSN隨著物聯(lián)網的快速發(fā)展其應用領域正不斷擴大,目前WSN已廣泛應用于戰(zhàn)場監(jiān)測、地質勘查、車輛跟蹤、應急救援等具有特殊需要的通信環(huán)境中。WSN節(jié)點往往隨機布撒于無人值守的區(qū)域(存在丘陵、河流等情況),其網絡邊界范圍

2、不只針對開闊區(qū)域,X型或C型等特殊網絡會經常出現(xiàn)。這也對WSN的網絡結構設計及其相關技術研究帶來了新的挑戰(zhàn)。
　　在WSN的應用中,節(jié)點位置信息的準確性起著至關重要的作用。由于傳感器網絡自身能力的限制,部分節(jié)點必須依靠定位算法確定自身位置信息,并依此報告監(jiān)測、跟蹤事件,因而定位算法成為了WSN近年來的研究熱點之一?，F(xiàn)有WSN定位算法往往針對于室內環(huán)境設計,其定位范圍較小;而針對大范圍區(qū)域的定位算法則很少關注特殊網絡環(huán)境的需求。另外

3、,節(jié)點位置不但會發(fā)生遷移,同時也面臨著來自惡意節(jié)點或被俘獲節(jié)點的攻擊,因而制定一套行之有效的適用于特殊網絡環(huán)境的可靠節(jié)點定位算法尤為重要。
　　本文的研究是在國家科技重大專項(傳感器網絡電磁頻譜監(jiān)測關鍵技術研究項目)基礎上進行的。在充分調研國內外相關研究進展的基礎上,從實際問題出發(fā),采用理論與仿真分析相結合的模式,分別在靜態(tài)節(jié)點定位、錨節(jié)點可信度檢測、動態(tài)節(jié)點定位等方面開展了深入研究。主要研究工作概括如下:
　　首先,本文對

4、現(xiàn)有定位相關技術的特點進行了分析,針對WSN應用于特殊網絡環(huán)境中的普適性,描述了一種分級分布式WSN網絡拓撲結構。在闡述本文背景和研究意義的基礎上,從靜態(tài)節(jié)點定位、錨節(jié)點可信度檢測以及動態(tài)節(jié)點定位三個定位算法研究中的關鍵技術入手,描述和分析了現(xiàn)有算法的研究進展和應用方案。在深入剖析了各研究方法特點和局限性的基礎上,結合網絡拓撲結構特點指出了亟待解決的問題,確定了本文的研究路線。
　　其次,本文對靜態(tài)節(jié)點定位算法進行了研究?，F(xiàn)有WS

5、N在實際應用中往往采用基于測距的定位算法,這種方法不但需要超聲波發(fā)生器等附加硬件設備,而且受多徑效應等多方面因素作用,具有不確定性和非線性特性,嚴重影響定位精度。而非測距的定位算法雖然不需要額外硬件支持,但相比理想狀態(tài)下的測距定位算法誤差較大,特別是在特殊網絡環(huán)境中。針對以上問題,本文從非測距定位方法入手提出了一種基于支持向量機適用于特殊網絡環(huán)境的靜態(tài)節(jié)點定位算法,該算法利用生成跳數-距離轉換矩陣,結合支持向量機原理對網絡中的節(jié)點進行定

6、位,有效提高非測距定位算法的定位精度,并能適用于定位精度高、環(huán)境要求苛刻、成本低、應用于地質勘查等領域的WSN中。
　　再次,本文討論了定位過程中的可靠性問題,提出了一種錨節(jié)點可信度檢測算法。錨節(jié)點發(fā)出的定位信息是定位算法實現(xiàn)的基礎,一旦惡意節(jié)點或被俘獲錨節(jié)點發(fā)出錯誤的自身位置或到其它節(jié)點的跳數信息,將會對網絡節(jié)點的定位精度產生極大的影響。針對這一問題,本文提出了一種非測距的基于校驗點的錨節(jié)點可信度檢測算法,該算法利用網絡的連通性

7、、節(jié)點跳數信息及校驗節(jié)點天線的方向性,逐一將檢測錨節(jié)點所發(fā)信息的正確性,從而確定其可信度。該算法不但可以與提出的定位方法聯(lián)合使用,同時具有良好的可擴展性,也可應用于其他定位算法中以提高其定位的可靠性。
　　最后,本文對移動無線傳感器網絡中的動態(tài)節(jié)點定位算法進行了研究。為了滿足無線傳感器網絡更廣泛的應用需求,動態(tài)節(jié)點應運而生,傳統(tǒng)的定位算法將不會適用于動態(tài)結構網絡中。目前針對動態(tài)節(jié)點定位算法在設計時往往存在著定位誤差大、節(jié)點只能按照