移动信标辅助的三维无线传感网节点定位算法研究

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近年来,无线传感器网络在诸多方面得到广泛应用。绝大多数应用都需要将感知数据与一定的位置信息相关联,而且位置信息还可辅助实现其他网络服务。因此,节点定位是无线传感网的关键技术之一。随着应用的拓展,大量的无线传感网应用于三维空间,二维空间下的节点定位技术已不能满足需求。  因此,本文针对三维无线传感网的节点定位问题,在以下方面做出了贡献和创新:  1.提出了基于微粒群优化的三维无线传感网节点定位算法。将三维空间下的节点定位问题描述为优化问题,提出了基于随机微粒群优化和带收缩因子的微粒群优化的分布式节点定位算法,给出了测距误差正态分布时的适应值计算方法。  2.提出了多移动信标辅助的分布式节点定位算法。针对使用单个移动信标容易产生的虚拟信标共线或共面问题,提出了在二维(三维)无线传感器网络中使用3个(4个)信标的分布式节点定位算法。这些信标在二维(三维)空间下构成一个正三角形(正四面体),并在移动过程中保持此相对位置关系,未知节点可使用基于测距或测距无关的方法估算自身位置。  3.提出了移动信标在三维空间下的路径规划算法。针对三维空间下的移动信标路径规划问题,提出了三维空间下的Layered-Scan、Layered-Curve、Triple-Scan、Triple-Curve与3D-Hilbert路径。为以更短的移动路径高精度地定位未知节点,提出了基于刚性图的网络分簇算法,以及基于分簇的移动信标路径规划算法。针对多移动信标辅助的节点定位算法,提出了二维空间下的小三角形覆盖和大三角形覆盖路径,以及三维空间下的T-Scan、C-Scan路径,以保证所有未知节点均可被定位。  4.提出了移动信标的避障路径规划算法。针对信标在障碍物空间中的移动问题,提出了二维平面和三维空间下移动信标避障路径规划算法。利用栅格解耦方法对网络部署区域进行分割后,提出了基于图的深度优先遍历、贪心策略与蚁群优化的路径规划算法。  对于上述算法,均采用Matlab7.0进行了仿真,分析了不同测距误差、通信不规则度情形下的算法性能,结果表明所提出的算法可较好地解决三维空间下的无线传感网节点定位问题。
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