基于粒子滤波的WSAN定位技术研究

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对节点的准确定位是无线传感与激励网络(Wireless sensor and actuator network, WSAN)投入实际应用需要解决的一项关键技术,为此需要研究高精度、稳定、可靠、实时性好的节点定位算法。本课题借鉴现有基于粒子滤波的移动WSN定位技术的研究成果,在对现有WSN粒子滤波定位算法进行充分的仿真及性能分析的基础上,深入研究了充分考虑WSAN网络实时性与移动性要求的、能显著降低算法计算复杂度、提高定位精度及定位成功率的、基于粒子滤波的WSAN节点定位算法。本文的主要研究内容如下:(1)对基于WSN及WSAN的定位技术研究发展现状进行了比较全面的调查和研究,分析了可借鉴的无线传感器网络中相关经典定位算法。(2)对WSAN网络体系结构、网络特点与分层模型进行了分析,讨论了WSAN网络的应用优势,并介绍了几种典型的应用案例,给出了WSAN网络的性能评价标准。(3)对粒子滤波理论进行了详细阐述,并逐一分析了几种典型算法,包括MCL、 MCB与AMCB,探讨了对定位结果产生影响的四个因素,并给出了定位算法性能的评价标准,为后续的研究打下理论基础。(4)仿真实现了基于粒子滤波的MCL、MCB与AMCB算法,综合比较、评价了三种算法的性能,并详细研究了激励节点密度、节点运动速度、粒子数N与通信不规则对算法定位性能的影响。文中还指出了AMCB算法的优势与缺陷,并从保护粒子多样性与优化粒子的继承的角度上,提出了一种改进的AMCB算法,并进行了分析评估。(5)在改进AMCB算法的基础上提出一种完全网络自适应的节点定位算法NAMCB。该算法首先对节点在各定位时刻的网络状况进行评估,再根据评估结果来决定节点是自定位还是进行联合定位,以及是否需要进行滤波松弛,以进一步降低计算复杂度、提高实时性。仿真结果验证了NAMCB算法的有效性。
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