無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式節(jié)點(diǎn)定位算法研究與設(shè)計.pdf

1、微機(jī)電系統(tǒng)、片上系統(tǒng)和無線通信技術(shù)的進(jìn)步孕育了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN，Wireless Sensor Networks)，它是一種新型的無基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)，能夠協(xié)作地實(shí)時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，對其進(jìn)行處理，并傳送到需要這些信息的用戶。作為一個全新的研究領(lǐng)域，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)向科技工作者提出了大量的挑戰(zhàn)性研究課題，節(jié)點(diǎn)自身定位問題就是其中之一。 在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，位置信息對傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測活動至關(guān)重要，事件發(fā)生

2、的位置或獲取信息的節(jié)點(diǎn)位置是傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測消息中所必須包含的重要內(nèi)容，沒有位置信息的監(jiān)測消息往往毫無意義。因此，確定事件發(fā)生的位置或確定獲取消息的節(jié)點(diǎn)位置是傳感器網(wǎng)絡(luò)最基本的功能之一，對傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的有效性起著關(guān)鍵的作用。 本文的主要內(nèi)容是對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的研究及設(shè)計。主要的工作包括以下幾點(diǎn)： (1)介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本原理，節(jié)點(diǎn)定位的基本概念、關(guān)鍵技術(shù)以及節(jié)點(diǎn)定位算法的分類和性能評價標(biāo)準(zhǔn)，歸納了定

3、位算法所面臨的挑戰(zhàn)； (2)分析了幾種典型的WSN分布式節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)，并從算法復(fù)雜度、通信開銷、定位精度、適用場合等方面對它們進(jìn)行了比較。 (3)借鑒已有算法的優(yōu)秀思想設(shè)計出一種無需測距(range-free)的分布式定位算法，稱為NCL (Neighbor-Count Localization)算法。針對WSN應(yīng)用環(huán)境中節(jié)點(diǎn)的分布往往是不均勻的現(xiàn)實(shí)情況，NCL 算法利用節(jié)點(diǎn)通信覆蓋范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)個數(shù)和節(jié)點(diǎn)的通信半徑來

4、估算從節(jié)點(diǎn)出發(fā)的多跳路徑中第一跳的距離，將信標(biāo)節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)之間多跳路徑中的估算跳距累加得到節(jié)點(diǎn)間的估算距離。這樣使測距精度受網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)不均勻分布的影響較小。另外，NCL 算法對節(jié)點(diǎn)估算距離進(jìn)行加權(quán)平均后計算未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，提高了節(jié)點(diǎn)定位精度。 (4)基于OMNeT++對NCL算法進(jìn)行仿真試驗(yàn)，并將NCL算法與DV-Hop算法進(jìn)行比較。仿真結(jié)果表明，NCL 算法具有一定的容錯性和自適應(yīng)性、算法開銷較小、定位誤差也基本符合應(yīng)用要求。