無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗均衡路由及非視距移動節(jié)點(diǎn)定位研究.pdf

1、集傳感器技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)、嵌入式計(jì)算與無線通信等技術(shù)于一體的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其進(jìn)行處理，傳送給需要此信息的用戶。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，如國防軍事、環(huán)境檢測、醫(yī)療衛(wèi)生等，將會給人類生活的各個(gè)領(lǐng)域帶來深遠(yuǎn)的影響。能耗均衡路由協(xié)議和非視距環(huán)境下移動節(jié)點(diǎn)定位機(jī)制一直是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要研究內(nèi)容，本論文針對以上兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的研究。主要研究內(nèi)容和成果體現(xiàn)在以下幾

2、個(gè)方面:
　　分析了節(jié)點(diǎn)能量消耗因素并建立了節(jié)點(diǎn)能耗模型，針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)易形成網(wǎng)絡(luò)空洞的問題，提出了一種能量消耗均衡的路由算法。采用分環(huán)策略將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)形分割，并利用能量均衡公式確定每個(gè)環(huán)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)環(huán)間節(jié)點(diǎn)能量消耗均衡;通過環(huán)內(nèi)能量平衡路由算法，以實(shí)現(xiàn)環(huán)內(nèi)節(jié)點(diǎn)能耗平衡，延長了網(wǎng)絡(luò)壽命。
　　考慮到節(jié)點(diǎn)位置誤差對地理路由的影響，提出了一種具有位置誤差的能耗均衡地理路由算法。根據(jù)源節(jié)點(diǎn)估計(jì)出的與下一跳候

3、選節(jié)點(diǎn)間的期望距離、期望角度和節(jié)點(diǎn)剩余能量建立目標(biāo)函數(shù)，并采用主元分析法計(jì)算該三項(xiàng)指標(biāo)的加權(quán)因子，在此基礎(chǔ)上選擇使目標(biāo)函數(shù)值最大的節(jié)點(diǎn)作為下一跳節(jié)點(diǎn)建立路由機(jī)制。該算法在保證網(wǎng)絡(luò)能耗均衡的同時(shí)，提高了數(shù)據(jù)傳輸成功率。
　　分析了非視距誤差對移動節(jié)點(diǎn)定位的影響，提出了一種基于誤差先驗(yàn)知識的非視距移動節(jié)點(diǎn)定位算法。根據(jù)視距和非視距誤差先驗(yàn)知識，鑒別距離測量值中是否包含非視距誤差;若包含則根據(jù)計(jì)算出的個(gè)數(shù)比對非視距誤差進(jìn)行校正，采用校正

4、后的測量值計(jì)算移動節(jié)點(diǎn)的位置。該算法削弱了非視距誤差，明顯提高了定位精度。
　　將濾波方法引入到移動節(jié)點(diǎn)定位中，提出了一種基于平行卡爾曼濾波的非視距定位算法。將測量值分別輸入到基于視距和非視距誤差先驗(yàn)知識的卡爾曼濾波器中，分別得到兩個(gè)濾波器的輸出估計(jì)值;然后根據(jù)馬爾可夫轉(zhuǎn)換模型，計(jì)算出兩個(gè)濾波器輸出值的加權(quán)因子，從而進(jìn)行線性加權(quán)數(shù)據(jù)融合，得到校正后的測量值對移動節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。該算法較好的抑制了非視距誤差，提高了移動節(jié)點(diǎn)的定位精度。

5、
　　針對非視距誤差參數(shù)不易獲得的問題，提出了一種基于非參數(shù)法的非視距定位算法。通過極大似然法估計(jì)出移動節(jié)點(diǎn)的初始位置，根據(jù)初始估計(jì)位置與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的殘差，鑒別出視距環(huán)境下的測量值，從而對移動節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。該算法無需事先獲得非視距誤差參數(shù)，且實(shí)現(xiàn)了對非視距誤差的有效抑制。
　　本文系統(tǒng)地研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗均衡路由協(xié)議和非視距環(huán)境下移動節(jié)點(diǎn)定位的理論，并對提出的相關(guān)算法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。通過與其他方法的對比分析，證明了本文