基于RSSI量化模型的无线传感器网络定位技术研究

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随着传感器技术,低能耗电子和射频技术的发展,低能耗、廉价的无线微传感器逐渐得到大规模应用,相应的无线传感器网络应运而生。无线传感器网络可用于军事、商业、医疗救护、环境监测等诸多领域,已成为计算机和通信领域中的一个研究热点。无线传感器网络的大量应用都依赖于节点的位置信息,如战场侦察、生态环境监测、室内物品的跟踪等现场的监控应用中,都需要知道传感器节点的位置信息。由于传感器节点受到成本、能量和体积的限制,无线传感器网络节点的定位遇到了新的挑战,在满足精度要求的前提下还要求算法必须是低能耗、低复杂性。目前的传感器网络节点定位的技术主要有基于测距(Range-Based)的定位技术和无需测距(Range-Free)的定位技术。前者尽管精度较高,但是大都需要额外地增加硬件开销,不适用于常规的传感器网络的应用场景;而无需测距定位技术在不需要复杂硬件设备,不需要知道未知节点到锚节点的距离或进行距离测量,在成本和功耗方面与前者相比具有显著优势。因此,本文重点研究了无需测距的无线传感器网络定位算法。主要的研究工作从以下几个方面展开:(1)深入研究了无线传感器网络节点定位技术的基本原理,对现有的一些定位算法作了合理的分析和研究,总结其特点并指出了其局限性。(2)重点研究了DV-Hop定位算法,分析和比较了针对其三个不同阶段的各类改进算法,指出了相应的优点和不足。(3)引进RSSI量化模型对DV-Hop算法的第一阶段进行改进,提出了一种新的算法。其原理是通过RSSI量化模型来细化节点间的位置信息,从而达到提高定位精度的目的。仿真结果表明:改进后的定位算法在增加少量计算开销的情况下,改善了系统的稳定性,提高了定位的精度。(4)引入Chan算法对DV-Hop定位算法的第三阶段进行了改进,并通过分步求精策略来对定位结果进行修正,以提高定位的精度。仿真结果表明:改进后的算法能在一定程度内提高定位的精度。(5)扩展了日内瓦大学的ad-hoc仿真平台AlgoSenSim,并在此基础上,实现了DV-Hop算法和本文两种改进算法的仿真实验。通过实验对改进后的算法性能进行了验证,并对其特性与效果进行详细分析和充分的对比。
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