基于最小二乘和支持向量機的WSN節(jié)點定位方法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)作為一種新興的分布式測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù),被認(rèn)為是二十一世紀(jì)改變世界的十大新技術(shù)之一,具有非常廣闊的應(yīng)用前景。定位是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要支撐技術(shù)之一,傳感器節(jié)點實現(xiàn)自定位是提供監(jiān)測目標(biāo)位置信息的前提。實現(xiàn)高效、可靠、準(zhǔn)確的節(jié)點定位對目標(biāo)跟蹤及提高路由效率具有重要的意義,是目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究中迫切需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。目前普遍研究的節(jié)點定位算法一般是在二維環(huán)境下實現(xiàn)的,與實際三維環(huán)境下的應(yīng)用還有較大的差距。因此,

2、三維節(jié)點定位技術(shù)成為了目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的熱點和前沿課題。最小二乘定位算法此前一直是作為經(jīng)典的二維節(jié)點定位算法,而把最小二乘二維定位算法擴展到三維定位具有重大意義和應(yīng)用價值。本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目的研究內(nèi)容,重點研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點定位技術(shù)。在研究了經(jīng)典的最小二乘二維節(jié)點定位算法的基礎(chǔ)上,把它擴展到了三維,并且針對經(jīng)典算法易受測距誤差影響的不足,結(jié)合支持向量回歸機較強的學(xué)習(xí)能力和泛化能力的優(yōu)點,研究了基于最小二乘支持向量

3、機的三維節(jié)點定位算法,大大提高了在測距誤差較大的三維環(huán)境下節(jié)點的定位精度。本文所作的主要研究工作如下:
　　1、查閱了大量相關(guān)文獻(xiàn)后,綜述了國內(nèi)外無線傳感器網(wǎng)絡(luò),尤其是節(jié)點定位技術(shù)的研究現(xiàn)狀,總結(jié)出了幾種主要的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的特點和分類,并根據(jù)這些不同定位技術(shù)的分類及特點,選用了基于測距的含錨節(jié)點定位方法作為本文的研究方向。
　　2、分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位技術(shù)的原理,探討了定位算法全方位的六個評價指標(biāo),它們分別

4、是:定位誤差、錨節(jié)點個數(shù)、適用規(guī)模、節(jié)點密度、功耗、容錯性。其中定位誤差是大多數(shù)定位技術(shù)的首要評價指標(biāo),降低定位誤差提高定位精度是研究各種新型節(jié)點定位算法的重要目標(biāo),本文正是為了改善最小二乘三維節(jié)點定位算法的定位誤差提出了一種新的基于最小二乘支持向量機的三維節(jié)點定位算法。
　　3、以經(jīng)典的最小二乘二維定位算法為研究對象,研究了最小二乘二維節(jié)點定位的原理,數(shù)學(xué)模型,并從最小二乘二維節(jié)點定位的數(shù)學(xué)模型著手將其從二維擴展到了三維。在Ma

5、tlab7.0仿真軟件下編寫了最小二乘二維和三維節(jié)點定位算法,并分別進行了節(jié)點定位的仿真實驗,驗證了最小二乘定位理論從二維向三維擴展的可行性。
　　4、針對最小二乘定位算法容易受節(jié)點測距誤差影響、在不同的環(huán)境下適應(yīng)性差的不足,提出了一種基于最小二乘支持向量機的三維定位算法。特別地在對本算法的核函數(shù)參數(shù)、定位區(qū)域的網(wǎng)格劃分寬度的尋優(yōu)過程進行大量的研究和實驗,提出了一種結(jié)合“實驗經(jīng)驗的窮舉法”求參方法,借助軟件Matlab7.0進行了

6、算法的仿真分析。仿真結(jié)果表明,所求參數(shù)使最小二乘支持向量機的三維節(jié)點定位算法達(dá)到了良好的定位精度。
　　5、在理論分析和仿真分析基礎(chǔ)上,進行了真實環(huán)境下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)的實驗研究。對最小二乘支持向量機三維節(jié)點定位算法進行實驗,得到了低于10％的定位誤差率,表明本算法有良好的實際效果和較高的實用價值。
　　6、為了論證最小二乘支持向量機三維節(jié)點定位算法相對于最小二乘三維節(jié)點定位算法的優(yōu)越性,對兩種算法進行了定位誤差回歸

7、分析和比較分析?；貧w分析表明:后者的定位誤差基本跟節(jié)點測距誤差成線性關(guān)系,而前者的定位誤差跟節(jié)點測距誤差成非線性關(guān)系。比較分析表明:在較低的測距誤差環(huán)境下兩種定位算法的定位誤差相近;但是在測距誤差超過16%的環(huán)境中,新的算法能大大提高定位精度,相比傳統(tǒng)的最小二乘定位算法平均能降低25%的定位誤差,甚至最高能降低50%的定位誤差。
　　綜上所述,論文把理論研究、仿真分析和實驗驗證相結(jié)合對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點自定位技術(shù)進行了深入的研究