基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高速移動節(jié)點(diǎn)定位研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)綜合了嵌入式計(jì)算技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線通信、微機(jī)電系統(tǒng)等學(xué)科領(lǐng)域，是21世紀(jì)以來迅速發(fā)展起來的一種新型網(wǎng)絡(luò)。WSN在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)部署大量傳感器節(jié)點(diǎn)，先通過傳感器協(xié)作地實(shí)時監(jiān)測、感知和采集目標(biāo)信息;然后將采集到的數(shù)據(jù)以無線通信技術(shù)方式傳遞;最后通過傳感器間的多跳、自組織方式傳送到用戶終端。近年來，隨著對無線傳感器的研究以及不斷完善WSN的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，WSN已具有低功耗、低

2、成本、分布式和自組織等優(yōu)點(diǎn)，使其被廣泛應(yīng)用于軍事系統(tǒng)、國家安全、環(huán)境監(jiān)測、目標(biāo)跟蹤、智能家居、醫(yī)療保健和空間探索等領(lǐng)域。定位技術(shù)作為WSN中的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是目前研究的熱點(diǎn)。目前，WSN節(jié)點(diǎn)定位主要應(yīng)用于靜止?fàn)顟B(tài)下的目標(biāo)定位，而對移動WSN定位研究比較少。如果在靜態(tài)的WSN中部署若干個具有高速移動能力的節(jié)點(diǎn)，那么既增加了WSN定位的應(yīng)用范圍和應(yīng)變能力，也滿足了當(dāng)今時代人們對位置信息的需求。因此，無論是在普通環(huán)境中的移動節(jié)點(diǎn)定位還是在高

3、速環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)定位都具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　本文對目前已有的移動WSN節(jié)點(diǎn)定位算法進(jìn)行深入研究，并分析算法中存在的問題。針對定位區(qū)域的范圍、定位精度和能耗等問題，結(jié)合各類移動定位算法具有的特點(diǎn)，提出一種在高速環(huán)境下的移動節(jié)點(diǎn)定位算法，利用不會變化的采樣范圍和航位推算算法具有短時間內(nèi)定位精度高和獨(dú)立性強(qiáng)的特點(diǎn)，進(jìn)而得到精確的定位信息。本論文的主要研究成果如下:
　　(1)針對蒙特卡羅定位算法采樣范圍過大這一現(xiàn)象，將

4、線性部署與基于正三角形的節(jié)點(diǎn)部署結(jié)合，提出一種新的算法模型。利用錨節(jié)點(diǎn)感知范圍可以重疊的特點(diǎn)，得到一個精確的重疊區(qū)域，并用其取代了傳統(tǒng)蒙特卡羅定位算法以速度為半徑確定的采樣范圍。
　　(2)針對蒙特卡羅定位算法中粒子退化問題導(dǎo)致的重采樣以及航位推算算法誤差積累的問題，本文提出來一種改進(jìn)航位推算算法，將重疊區(qū)域內(nèi)采集到的錨節(jié)點(diǎn)信息作為修正定位誤差的參照點(diǎn)。在離散的時間段內(nèi)，利用參照點(diǎn)修正定位誤差，并且利用定位誤差描繪出未知節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動

5、軌跡。
　　(3)考慮到線性部署單點(diǎn)失效問題以及高速環(huán)境下移動未知節(jié)點(diǎn)的定位精度，本文引入數(shù)據(jù)回傳技術(shù)與異常數(shù)據(jù)剔除技術(shù)，并在算法模型中虛擬地構(gòu)建一個數(shù)據(jù)處理中心。高速移動未知節(jié)點(diǎn)將采集到的信息直接回傳到數(shù)據(jù)處理中心，解決了線性部署中數(shù)據(jù)單向傳遞問題。經(jīng)過修正因子與閾值對比，剔除大于閾值的誤差值，進(jìn)而得到更精確的定位。
　　(4)對基于WSN的高速移動節(jié)點(diǎn)定位算法所提出的解決方案進(jìn)行仿真，并采用勻速運(yùn)動、勻加速運(yùn)動和勻減速運(yùn)