无线传感器网络定位关键技术研究

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随着无线传感器网络适用领域的扩大,现实环境中不确定因素的增加,定位技术作为基础性服务,也是关键性服务,无疑面临着更多的挑战。由于节点通信范围有限、通信效果受外界环境影响波动较大、节点没有固定位置并且多随机部署等,网络部署区域多存在形状不规则或通信故障、节点分布不均的问题。本文针对现阶段无线传感器网络部署区域和节点分布的特点,在定位技术方面做了如下创新:首先,针对虚拟信标共线性问题和为了保证定位覆盖率使信标移动步长过长、增加能耗的问题,本文提出了基于单位区域的静态路径规划定位方法(Unit-area-based Static Path Planning Localization Method,UASP),算法采用移动信标辅助定位,单位区域采用拟Z型曲线,区域内的信标间夹角呈60度,整体路径呈Scan曲线的形态;为了减少不必要的路径开销,使单位区域间的连接尽可能短,在一些特定位置需要进行180度翻转,有效的减少了能耗;针对不规则部署区域提出了相应的解决措施。实验表明,该方法具有较高的定位覆盖率和定位准确率,有效的减少了信标移动步长,在不同节点分布环境中保持了较好的稳定性。然后,本文针对现实中网络部署区域多不规则、路径决策通信开销大、移动步长较长等问题,提出了基于双信标的动态路径规划方法(Dual-beacon-based Dynamic Path Planning Localization Method,DBDP),算法采用两个信标同时获取周边节点信息,有效的扩大了信标获取信息的范围;每个方向的未知节点数作为方向决策的影响因素之一并且固定了信标决策后每个方向的移动步长,有效的减少了计算和通信开销;提出了螺旋结构的路径趋势辅助方向决策,使路径尽可能倾向网络部署边缘,避免了多余的路径开销;回退机制向未收到任何信标信息的节点方向移动,有效的保证了定位覆盖率。实验表明,该方法具有较高的定位覆盖率,在不同节点分布上具有较好的适用性和稳定性,有效的减少了移动步长和虚拟信标节点数,在信标通信半径较小的情况下可以达到更好的定位效果,降低了能耗。
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