无线传感器网络中的节点定位算法研究

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无线传感器网络(WSNs)具有数据的感知、收集能力和无线通信能力,在军事、工业控制、民用森林火灾,城市交通等方面都拥有巨大的应用价值。  在 WSNs中,节点的位置无论在网络操作还是大多数的应用层任务中都非常重要。如果传感数据没有时间和空间上的协调,那么这些数据就没有利用价值。当传感器节点部署好之后确定其位置的过程称之为定位。位置已知的传感器节点有助于增强路由协议,目标跟踪技术和灾害响应系统的性能等等。节点定位问题已经受到了极大的关注,对正确的系统操作而言,节点定位的精度是十分必要的。  本文首先对无线传感器网络的定义及其特点进行了介绍,并且讲述了与节点定位有关的定义和概念;其次对无线传感器网络的中移动锚节点辅助定位技术的相关研究进行了总结,分别介绍了在移动锚节点辅助定位中的定位方案以及关于移动锚节点的轨迹规划。  针对无线传感器网络中的定位问题,我们做了以下两部分具体的实现:  1)将三种典型算法(质心算法,边界盒算法及接收信号强度算法)在以下两种情况下进行仿真:一是未知节点知道自己位置后,就将自己作为锚节点,然后与其他锚节点一起定位剩余的未知节点;二是先将所有锚节点能够定位的节点全部定位完毕之后,如果还有节点的位置没有确定,则利用其周围已定位的节点和已知的锚节点共同进行定位,并在不同的锚节点比例下分别进行了仿真。实验结果表明,第二类情况优于第一类情况,并且定位误差随着锚节点比例的提高明显下降,网络中未定位的节点数明显下降,实验在不影响应用的情况下为适当选择锚节点比例提供了最优解,为工程实践提供一定的可靠性依据。  2)提出了移动锚节点定位算法。考虑的WSNs最初包含一个位置感知的移动锚节点以及一些无位置信息的静态节点,由此提出RSSTB算法和DAB算法两个算法,算法均利用锚节点确定未知节点的位置。通过移动锚节点的位置信息来得到未知节点的位置信息,甚至在有障碍物出现的时候也可以进行定位。两种算法都用到了接收信号强度。第一个算法控制移动锚节点的轨迹并使用几何性质以简化未知节点的位置估计;第二个算法则利用了方向信息。仿真结果表明提出的两种算法在定位精度上优于已有算法。  最后本文对研究内容进行了总结,并针对无线传感器网络节点定位问题提出了未来可以继续探索的问题。
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