无线传感器网络无需测距定位算法的研究

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随着无线传感器网络(WSN)的迅速发展,无线传感器网络应用前景越来越广泛,如可以应用到军事国防、智能交通、医疗卫生、环境保护、制造业,精细农业等诸多领域。作为一种新兴的信息获取和处理技术,它已成为当下通信和计算机领域中一个新的研究热点。无线传感器网络节点定位是WSN中众多应用的基础,定位精度是其关键性指标之一。传感器节点所测量的数据信息是和节点的位置信息紧密相关的。目前,虽然已有不少定位算法被提出,但是都还在理论研究阶段,节点自定位仍然是该领域中一个具有挑战性的难题。在考虑节点能量、成本和体积的限制条件下,设计低能耗、低成本、低复杂度和高定位精度的WSN节点的定位系统是当前研究的热点和难点。本文在比较基于测距和无需测距两种定位算法的基础上,重点研究了无需测距的DV-hop定位算法。首先,简单介绍了无线传感器定位技术的研究背景、国内外发展现状和研究意义等,概述了无线传感器网络的体系结构、网络特征和WSN中的关键技术;总结WSN中定位算法的分类,介绍了节点测量方法和无需测距中的几种典型的定位算法原理和特点,给出了无线传感器节点定位的性能评价标准。其次,论文重点分析了DV-hop算法及其存在的问题,分别从求平均跳距及坐标求解两个阶段对算法进行改进,提出性能更高的改进定位算法MyEDV-hop。从节点定位误差、覆盖率和计算量三个方面对几种算法进行比较。MATLAB仿真实验证明,MyEDV-hop性能最好。最后,虽然MyEDV-hop算法已经提高了性能,但是应用到实际环境中,定位精度仍不够,而且还易受到环境条件的限制。论文在分析Taylor级数展开法优缺点的基础上,结合Taylor级数定位精度高,适应环境能力强的特点,将高定位精度MyEDV-hop的定位结果作为Taylor级数展开法初值,解决了Taylor级数展开法初值不易确定的问题,从而提出了一种基于MyEDV-hop和Taylor级数算法结合的定位算法MyEDV-hop+。实验证明,MyEDV-hop+算法的性能更好,更加的符合实际应用需求;并在文章最后总结论文提出对未来研究工作的展望。
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