水下无线传感器网络定位技术研究

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水下无线传感器网络中定位技术是关键技术之一,只有准确地知道节点的位置信息时,由传感器节点采集的数据才会有效。水下无线传感器网络具有传感器节点稀疏、结构非均匀、节点时钟同步困难和节点难以更换等特点,从而给水下无线传感器网络定位带来困难。网络中节点稀疏和结构不均匀影响网络的通信覆盖,网络通信覆盖是实现网络节点定位的前提。水下传感器节点难以更换且能量有限,低能耗的定位算法更够使节点的能量利用率更高、存活时间更久。移动锚节点辅助定位能够提高网络的通信覆盖,但是锚节点的移动路线至关重要。RSSI定位技术不需要节点时间同步和额外的硬件设备,能够降低节点定位能耗需求,但易受到水下环境的影响产生测距误差,从而导致节点定位误差较大。本文围绕移动锚节点路径规划和RSSI测距算法展开研究,从以上两个方面改进水下无线传感器网络定位算法:(1)研究水下无线传感器网络的拓扑结构和锚节点移动路径规划算法,将网络结构、虚拟锚节点数量、锚节点移动路径长度和定位能耗考虑到定位算法中,提出一种基于锚节点移动路径动态规划的定位算法。该算法通过移动锚节点采集网络的动态信息,确定必经虚拟锚节点的位置,并结合蚁群算法得到锚节点移动路径,保证网络通信覆盖,提高节点定位率和定位精度。实验仿真证明该算法有效解决了水下无线传感器网络结构不均匀、节点稀疏带来的定位问题。(2)针对水下无线传感器网络中传感器节点处于三维空间,水环境中水中物质的复杂性和移动性导致测距算法准确度低、定位算法误差大,提出一种基于修正RSSI值的水下无线传感器网络三维定位算法解决上述问题。研究水下传感器节点的测距算法,建立了距离转换模型来提高测距的准确度。同时提出位置估计模型,将水下三维模型与最小二乘法相结合,根据未定位节点与锚节点之间的距离估计出未定位节点位置。实验仿真证明该算法有效提高了测距的准确度和定位算法的精度与健壮性。
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