无线传感器网络中节点定位算法的研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:vvf022
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无线传感器网络(WSN)是现代信息技术的重要研究领域,它以大量节点的协作采集处理数据并完成特定的任务。随着微传感器技术、计算机技术和无线网络技术的迅速发展,无线传感器网络必将在未来极大地改变人们的生活。对无线传感器网络技术的研究也成为当下学术界的一大热点。
   定位技术在无线传感器网络应用中至关重要,是所有功能的基础。传感器节点的低配置低成本低功耗决定了不能采用传统的GPS定位,只能依靠网络中现有的资源进行定位。节点的自定位是无线传感器网络的主要研究方向之一。而对于静止网络与移动网络,节点的自定位有很大的不同。
   对于静止网络,本文重点分析了基于测距的定位算法与无需测距的定位算法。两类算法各有自己的几种代表算法,各个算法又有各自优缺点,总的来说,前者精度较大但测距环节受环境因素影响较大,后者计算简单但精度却有限。对这些算法进行改进以扬长避短是目前定位算法的主要研究方向。本文在质心算法的基础上,提出了一种基于信标节点自校正的加权质心算法:通过对信标节点进行自校正,引入信标节点可信度的概念,以信标节点可信度与节点间的距离函数共同确定加权值,以减少网络环境因素对定位精度的影响。通过matlab软件模拟仿真,从信标节点密度、节点通信半径两方面对比了质心算法、RSSI加权质心算法和新算法的定位性能,证明了新算法具有更好的定位精度。
   对于移动网络,本文重点分析了MCL定位算法。并在此基础上,提出了一种Improved MCL算法。移动网络中,移动节点的存在导致了网络拓扑结构的动态变化,而移动节点运动的不可控性为定位增加了难度,静止网络中的定位方法用在这里,或是定位误差大或是使用条件太高,能量损耗也是问题。MCL算法的提出为移动节点的定位提供了方向,它运用节点的移动性,通过采样预测、过滤修正的方法获得移动节点的位置坐标。MCL也有缺陷,首先是采样区域的盲目性,MCL中认为节点是随机移动的,节点的速度和运动方向也会随机改变,其唯一边界条件是节点的最大移动速度,然而现实中,物体的运动通常是平滑的,是具有连续性的;其次,在预测阶段,MCL只是利用前一个时刻的节点信息,没有考虑更多的历史位置信息。本文中,Improved MCL算法通过对前N个历史信息的插值获得移动节点当前的运动速度及运动方向,并以此确定了一个扇形的采用区域,相比MCL中的圆形采样区域,Improved MCL有效的降低了采样的盲目性。最后通过软件仿真,从节点密度、节点最大移动速度、信标节点密度三个方面比较了两种算法的优劣性,证明Improved MCL算法具有较好的定位性能。
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