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作为物联网关键研究技术之一,无线传感器网络越来越受到研究人员的关注,在许多应用中节点的位置信息决定着实际网络的功能和性能,是许多研究的基础。而传统的无线传感器网络二维定位无法满足水下、高山等应用场景的定位需求,因此针对三维空间定位技术的研究十分重要。本文围绕无线传感器网络三维定位问题,针对现有算法的不足,同时结合实际无线环境的传输特点,对静态和移动传感器网络下的节点定位问题进行了研究。
针对静态传感器网络,本文提出了一种基于信标点球壳交集的三维定位算法。该算法利用一个可以自由移动的锚节点在未知节点分布区域内移动,未知节点侦听到移动锚节点广播的位置信息后,记录第一次和最后一次侦听到的广播点作为信标点,以信标点为球心做包含未知节点的球壳,通过计算四个不同球壳的交集区域,估算未知节点的位置。该算法减小了由于移动锚节点的信息发送间隔可能带来的误差,同时可以改善实际应用中由于无线信号不规则衰减造成的误差。经过仿真发现该算法可以有效提高无线传感器网络三维空间节点定位的平均精度。同时还针对移动锚节点的移动路径进行了规划,通过遍历整个未知节点分布区域,避免了个别未知节点无法定位的问题,与随机移动路径相比,当节点分布区域较大时,可以有效减少未知节点的定位时间。
针对移动传感器网络,本文提出了一种优化的移动传感器网络定位算法。该算法在三维空间中利用在监测区域内分布的固定锚节点,移动未知节点可通过判断是否是第一次收到和第一次没有收到锚节点的位置信息,同时结合前一定位时刻移动未知节点的位置及距移动未知节点一跳和两跳的固定锚节点的位置,缩小移动未知节点可能所在的区域范围,进而减小节点的定位误差。通过计算机仿真发现与三维蒙特卡洛定位算法相比,本算法具有较高的定位精度。尤其当移动未知节点在每个定位间隔内的最大移动距离较小时,定位精度的优势更为明显。