基于ZigBee的无线传感器网络定位算法研究及应用

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无线传感器网络作为一种新兴的短距离通信技术,在监测和控制方面具备广阔的应用发展前景并受到越来越多的关注。其中利用无线传感器网络来确定事件发生的位置或获取消息的节点位置,建立一套低成本、高精度的定位系统是该领域中的一个研究热点。该文基于ZigBee协议的无线传感器网络进行了节点定位算法的研究,并将其应用到精准节水灌溉控制系统中。该文首先介绍了无线传感器网络竹点定位研究背景和国内外存在的主要无线定位技术,分析了无线定位技术的发展趋势及存在的一些问题。通过对无线传感器网络的结构和特点的了解,阐述了无线节点定位的基本原理,对各种节点定位算法进行了详细的描述和分类,给出了无线定位方法的评价标准。在综合考虑传感器节点体积、功耗、成本等因素的基础上,采用基于接收信号强度指示(RSSI)作为节点间的测距方法,通过建立数学模型给出了距离和RSSI的关系。在完成第一阶段的测距之后,使用一定的定位算法完成第二阶段的定位阶段。该文采用权值修正的加权质心定位算法来计算节点自身坐标。通过在实际环境中的测距实验和定位实验,得出适合短距离的定位公式。实验结果与常规的定位方法做相应对比后,验证了权值修正的加权质心定位算法具有明显的优势,能满足一定的定位需求。在自主研发的传感器节点之上,该文还提出了基于ZigBee技术的精准灌溉控制系统的设计方案,实现了WSNView监控系统的软件开发,并给出了该系统的详细设计方案和各个功能模块的设计流程。在北京市昌平区前蔺沟村——北京林业大学科研基地建立了100亩的精准灌溉控制示范区,运行该套系统。该系统在实际环境中运行4个月,结果表明软件具有良好的稳定性能,达到了精准灌溉控制、节约高效用水的要求。最后对实验采集数据进行了一系列的网络状态评估、定位算法的再次验证和土壤墒情变化趋势及用水量分析。
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