無線傳感器網絡非測距定位技術的研究.pdf

1、無線傳感器網絡是集成了傳感器技術、微機電技術、網絡技術而形成的全新的信息獲取和處理技術，改變了人類與自然界的交互方式。它是由大量具有一定計算和通信能力的微小節(jié)點以自組織方式形成的多跳無線通信網絡。無線傳感器網絡的自組織性、微型性、低成本、靈活性等特點使它在軍事國防、環(huán)境監(jiān)測、防暴反恐、災難救援、智能家居等諸多領域顯示了潛在的巨大應用價值。
　　 節(jié)點定位是無線傳感器網絡研究的基礎性關鍵問題，是傳感器網絡各種應用的前提，是傳感器網

2、絡很多關鍵技術的支撐。傳感器網絡的大規(guī)模、節(jié)點的微型性、計算能力受限、通信能力受限等特點給節(jié)點定位帶來了很大的挑戰(zhàn)。為了應對這些挑戰(zhàn)，學術界開展了非測距定位技術的研究。與基于測距的定位技術相比，非測距定位技術能耗小，對節(jié)點硬件要求低，而且定位精度能夠滿足大部分應用的要求。非測距定位算法一般包括未知節(jié)點到信標節(jié)點的距離估計以及未知節(jié)點坐標計算兩個階段。本文在總結現(xiàn)有技術和研究的基礎上，對非測距定位技術進行了研究，主要內容包括以下三個方面：

3、
　　 (1)綜述了無線傳感器網絡定位技術的研究進展；對現(xiàn)有定位技術的典型算法、分類標準、評價指標以及面臨的挑戰(zhàn)進行了詳細的分析和討論；重點研究了傳感器節(jié)點連通度和定位誤差的概率分布特征對算法設計、算法性能的影響和指導意義。
　　 (2)提出了基于網絡部署統(tǒng)計特征的節(jié)點間最優(yōu)距離估計算法(ODEDS)。該算法從傳感器網絡部署具備大規(guī)模、隨機拋灑等特點出發(fā)，構建了服從二維高斯分布的網絡部署模型。基于這種模型的統(tǒng)計特征，利用

4、網絡連通性信息獲得節(jié)點鄰居數量的實際值，計算獲得節(jié)點鄰居數量的理論值，進而建立實際值和理論值的誤差函數。通過誤差函數最小的優(yōu)化過程，獲得節(jié)點間的最優(yōu)距離估計。仿真結果驗證了算法的有效性。該算法基于局部網絡信息，信息無需在整個網絡中交互，有效地減小了網絡的通信負載，降低了節(jié)點能耗，進而延長了網絡生存期。
　　 (3)提出了基于最優(yōu)距離估計的非測距定位算法(LAOD)。算法分四個階段進行：首先，簇頭節(jié)點(即信標節(jié)點)在確定自身的位置

5、坐標后，廣播自身的位置信息，成員節(jié)點(即未知節(jié)點)獲得所屬簇頭節(jié)點的位置信息：其次，根據網絡連通性信息，成員節(jié)點統(tǒng)計自身的鄰居節(jié)點數量；然后，根據鄰居節(jié)點數量，利用ODEDS算法估計成員節(jié)點到鄰近簇頭節(jié)點的距離；最后，根據成員節(jié)點到簇頭節(jié)點的距離，利用極大似然估計法計算成員節(jié)點的位置坐標。仿真結果表明：LAOD算法具有優(yōu)良的定位精度和定位覆蓋率，且對信標節(jié)點數量要求不高。該算法具有很好的可擴展性，在理論研究和工程實踐中具有廣闊的發(fā)展前景