基于小波变换预测的移动节点定位算法的研究与应用

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具备运算和通信能力的传感器节点是构成无线传感器网络(WSN)的基本单位,WSN拥有成本低廉、配置简易等优良特点。随着技术的发展,WSN在军事和工业上的应用越来越受到关注,有着重要的实用价值。在实际应用中,位置数据是最重要的,因此,研究合适的定位算法至关重要。  随着应用场景的日益增多,静态网络定位已经不能完全满足需求,移动网络的发展成为必然趋势。移动节点定位技术成为WSN领域的一个热点研究方向,移动节点定位技术的研究具有重要的应用价值与实用性。  本文主要研究移动节点定位技术,并在前人的研究基础上提出了一个新的移动节点定位算法。本文首先介绍了WSN的基本理论、研究意义以及发展动态,然后对WSN的定位技术进行了综述,具体介绍了包括节点定位的常见方法、常用测距技术以及评价定位算法性能的指标,并按照不同的特点介绍了定位算法的分类。  接着本文分析了蒙特卡罗思想在移动节点定位中的优势,详细描述了蒙特卡罗盒定位算法的流程,并分析了蒙特卡罗盒定位算法的不足以及有待改进的地方。针对蒙特卡罗盒算法存在的问题,本文提出了一种基于小波变换预测的改进算法。该算法在预测阶段,根据节点的历史移动轨迹,通过小波变换预测方法计算得出目前节点的预测位置,构建预测约束区域,减小采样区域的面积,降低定位误差;在采样阶段,根据节点的锚盒面积实时地计算定位所需的最大样本点数目,能够有效地节省因不必要的采样而导致的开销;在加权滤波阶段,按照样本点所在的位置授予样本点不一样的权值,能够提高高质量样本点对定位的正面作用,以及避免粒子退化现象,减小低质量样本点的负面作用,有效地减小定位误差。  在模拟仿真实验中,把蒙特卡罗盒定位算法与本文提出的改进算法进行了对比分析。仿真实验模拟了定位误差随通信半径、定位周期、锚节点数目等条件改变的变化状态。实验还对定位时间、样本点数目、采样次数、采样区域面积等参数进行了仿真。实验数据表明,同等的条件下,本文提出的改进算法具有更好的定位效果。
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