無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位方法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是由部署在監(jiān)測區(qū)域內大量微型傳感器節(jié)點通過無線電通信形成一個多跳的自組織網(wǎng)絡系統(tǒng)，主要用來監(jiān)測網(wǎng)絡部署區(qū)域中各種環(huán)境特性，比如溫度、濕度、光照、聲音、化學物質濃度等。無線傳感器網(wǎng)絡將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界融合在一起，改變了人與自然界的交互方式，廣泛應用在環(huán)境監(jiān)測、交通管理、醫(yī)療健康、軍事國防等諸多領域。
　　在無線傳感器網(wǎng)絡的許多應用場合，節(jié)點定位是對監(jiān)測區(qū)域進行目標追蹤并做出相應操作的基礎。傳感器節(jié)點采

2、集所需要的信息，并把信息發(fā)送給服務器。傳感器節(jié)點發(fā)回的信息必須和位置結合才有意義，甚至有時候需要傳感器節(jié)點發(fā)回單純的位置信息。因此，節(jié)點定位是無線傳感網(wǎng)絡的關鍵技術之一。
　　本論文對無線傳感器網(wǎng)絡自身特點進行深度的分析，并對現(xiàn)有研究成果的不足進行改進和補充，最終取得具有理論意義和實際應用價值的研究結果。本論文主要工作內容包括:
　　(1)提出基于錨節(jié)點部署的無需測距定位方法，并依此設計四角DV-HOP定位算法。傳統(tǒng)的DV-

3、HOP定位算法，每個錨節(jié)點需要兩次全網(wǎng)絡廣播，一次用來獲得錨節(jié)點之間的最小跳數(shù)，一次用來廣播自身單跳矯正值。兩次廣播造成較大的通信量，從而消耗了傳感器節(jié)點較多的能量，減少了網(wǎng)絡使用壽命。四角DV-HOP定位算法利用錨節(jié)點部署將無線傳感器網(wǎng)絡劃分成一些小區(qū)域，通過設置一個跳數(shù)閾值將錨節(jié)點的兩次廣播都限制在小區(qū)域附近，未知節(jié)點只利用區(qū)域內的4個錨節(jié)點進行定位計算。仿真結果分析表明四角DV-HOP定位算法減少了網(wǎng)絡通信量，降低了定位誤差。

4、r>　　(2)針對當前無需測距定位方法定位誤差大的問題，提出基于接近度的無需測距定位方法，并設計對應的PNN-MAP定位算法。接近度是新定義的一個用來表示鄰居節(jié)點距離遠近的度量值。首先根據(jù)鄰居節(jié)點之間的幾何特征推導出一個線性函數(shù)，輸入是已知的鄰居節(jié)點個數(shù)信息，輸出是接近度。然后用錨節(jié)點之間的距離和接近度計算一個接近度矯正值，接近度矯正值和鄰居節(jié)點之間接近度的乘積作為鄰居節(jié)點之間的估計距離。最后根據(jù)估計距離和MDS-MAP算法計算未知節(jié)點

5、的估計位置。仿真結果表明，PNN-MAP定位算法的估計距離誤差和定位誤差都要低于當前同類型定位算法。
　　(3)針對無需測距定位方法在不規(guī)則區(qū)域定位誤差大的問題，提出基于過濾參數(shù)的不規(guī)則區(qū)域無需測距定位方法，并設計對應的DPLA定位算法。首先設計距離估計算法，為了使得這種距離估計算法也適用于不規(guī)則區(qū)域，在計算矯正值時，推導出一個過濾參數(shù)來過濾掉受覆蓋空洞影響的錨節(jié)點信息，從而減小估計距離誤差。在獲得估計距離之后，未知節(jié)點在進行定位

6、計算的時候分兩種情況:如果是規(guī)則區(qū)域，則每個未知節(jié)點利用到所有錨節(jié)點的距離和對應的坐標執(zhí)行最大似然估計法計算未知節(jié)點位置;如果是不規(guī)則區(qū)域，則每個未知節(jié)點利用離它最近的4個錨節(jié)點的估計距離和對應的錨節(jié)點坐標執(zhí)行最大似然估計法計算未知節(jié)點的估計位置。仿真結果表明，DPLA定位算法在規(guī)則區(qū)域和不規(guī)則區(qū)域的估計距離誤差和定位誤差都要低于當前同類型的分布式定位算法。
　　(4)針對如何利用同樣的鄰居節(jié)點之間距離獲得更加精確的定位結果這一問

7、題，提出基于貪婪思想的二階段定位方法，并設計對應的GIL定位算法。將節(jié)點定位問題轉化為組合優(yōu)化問題，首先設計目標函數(shù)來度量一組定位結果的優(yōu)劣。然后假設下一次定位結果為準確坐標，對前后兩次定位結果中鄰居節(jié)點之間距離關系進行深度分析和推導，得到一個鄰域函數(shù)。為了獲得更精確的定位結果，將GIL定位算法分成兩個階段:第一階段，根據(jù)貪婪迭代優(yōu)化得到一組初始定位結果;第二階段為了減小翻轉現(xiàn)象的影響，將滿足一定條件的未知節(jié)點升級為錨節(jié)點，重新執(zhí)行第一