无线传感器网络节点自定位算法研究

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无线传感器网络是一个由大量具有感知能力、计算能力和无线通信能力的传感器节点以自组织和多跳的方式构成的网络。它在民用和军事领域都得到了广泛的应用。然而,大部分的应用都与节点的位置信息密切相关。首先,位置信息是感知数据的重要组成部分,通过网络采集到的数据以及侦测到的信号都需要位置信息才能解析成具体的物理事件;其次,定位技术也是无线传感器网络自身支撑技术之一,很多协议如状态无关路由技术、目标追踪等都需要位置信息的支持。因此,研究并设计出适合无线传感器网络自身的节点自定位算法对无线传感器网络非常重要,也是无线传感器网络研究的热点。
   本文基于无线传感器网络节点自定位算法进行研究,论文的研究工作包括:
   (1)研究了无线传感器网络的相关理论,概述了无线传感器网络的特点及应用;详细介绍了节点自定位技术的基本原理;综述了节点自定位算法的分类和性能评价指标,并重点分析和仿真比较了几种典型的距离无关的自定位算法:质心算法、DV-Hop、Amorphous和APIT。
   (2)详细阐述了传统DV-Hop定位算法的实现流程;讨论了网络拓扑结构对参数指标的影响,并在节点随机分布的网络拓扑环境下,提出了本文的改进自定位算法RWN-Hop。针对未知节点与信标节点跳数为1的情况,本文提出了利用RSSI模型代替传统DV-Hop算法求解它们之间的距离。针对DV-Hop算法中未知节点仅接收最近信标节点计算的平均每跳距离,而单个信标节点的平均每跳距离值不足以反映出整个网络的属性,本文通过加权处理算法对每个信标节点的平均每跳距离赋予不同的权值。针对多边定位法求解出的未知节点估计坐标精度不高的问题,本文采用加权的方法求解位置坐标。为了降低算法整体实现过程中的能量消耗,所有节点只接收、发送和处理距离自己N跳的节点信息。
   (3)利用VC6.0与MatLab软件在节点随机分布情况下,对本文提出的RWN-Hop算法与传统DV-Hop算法进行了大量的对比仿真实验,并根据实验结果对改进算法RWN-Hop性能进行了评估。仿真结果表明,本文提出的RWN-Hop算法明显优于传统DV-Hop算法。
   总之,本文针对DV-Hop算法提出的上述改进方案,是对DV-Hop算法在节点随机分布的网络拓扑环境下的探索性研究,研究结论验证了改进算法在定位精度、能量消耗方面的有效性。
  
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