【摘 要】
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传感器的节点位置信息对于无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)的路由、部署及其它技术起着至关重要的作用。然而现有的定位研究大多忽略了节点通信半径不同时的异构无线传感器网络(heterogeneous wireless sensor networks,HWSNs)。将节点通信半径相同的同构无线传感器网络中的定位算法直接应用于HWSNs则会出现定位误差极大的问题。
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传感器的节点位置信息对于无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)的路由、部署及其它技术起着至关重要的作用。然而现有的定位研究大多忽略了节点通信半径不同时的异构无线传感器网络(heterogeneous wireless sensor networks,HWSNs)。将节点通信半径相同的同构无线传感器网络中的定位算法直接应用于HWSNs则会出现定位误差极大的问题。针对其存在的问题,结合群智能优化算法,重点研究了平面HWSNs、曲面HWSNs中的定位算法,工作如下:(1)对比了14种群智能优化算法在HWSNs中的定位性能,选择了综合性能较好的麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)作为坐标计算阶段的算法。并针对SSA算法寻优精度低、收敛速度慢的问题,提出了一种多策略改进的麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm,ISSA)。首先,在发现者的位置更新中引入黄金正弦算法,提高全局搜索能力;并将粒子群算法中个体最优思想引入警戒者的位置更新中,提高收敛速度;同时对全局最优位置引入高斯扰动,防止算法陷入局部最优。其次,将ISSA与其余对比算法在23个测试函数上进行寻优测试,结果表明改进算法寻优能力好,收敛精度高。最后,将ISSA用于HWSNs定位,并与其余对比算法进行定位对比,实验结果表明将ISSA运用于HWSNs的节点定位可获得较小的定位误差。(2)针对平面HWSNs中定位误差大的问题,提出一种基于相似路径搜索的异构平面定位算法。首先,该算法在距离估算阶段根据锚节点到未知节点的多跳路径匹配出锚节点到锚节点多跳路径中最为相似的路径,将相似路径中的平均跳距作为未知节点到锚节点的平均跳距以估算未知节点到锚节点的距离;其次,在坐标计算阶段引入ISSA算法,在未知节点的传入邻居集的相交区域搜索未知节点坐标。实验结果表明本文提出的基于相似路径搜索的异构平面定位算法较对比算法具有更小的定位误差。(3)针对曲面HWSNs中定位误差大的问题,提出一种基于改进相似路径和坐标投影的异构曲面定位算法。首先,针对相似路径法进行改进,利用相似路径对应的锚点对距离、多个单跳路径的首节点通信半径估算锚节点到未知节点的距离;其次,利用ISSA计算未知节点坐标;最后,将未知节点的三维坐标投影到二维平面上,在二维平面中搜索出邻近的三个不共线的高程数据点,并在三维空间中通过未知节点向三个邻近的高程数据点组成的平面进行投影,得到的垂点坐标即为修正后的未知节点坐标。实验结果表明,所提出的算法相比其余对比算法,定位精度得到了显著提高。
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