无线传感器网络关键技术研究

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信息技术的高速发展使人们实现了对信息的海量存储、高速传输和快速处理。但是,与它们不协调的是信息的采集和获取方法在技术上未取得实质突破,对新信息的获取却仍未达到自动化的水平,大大限制了人们对外部世界的实时反应能力。 近年来,随着传感器、计算机、微电子机械系统(MEMS)等技术的发展,融合了传感器技术、信息处理技术和网络通信技术的无线传感器网络技术应运而生了。无线传感器网络由于其快速布局、抗毁性强、监测精度高、覆盖区域大等特点而具有广阔的应用前景,是当前信息技术领域的研究热点之一。 本文的研究工作主要围绕着无线传感器网络节点定位技术来进行,文中设计了两种实用型无线传感器网络节点定位算法,主要侧重于降低算法复杂度和提高定位精度两方面进行算法的设计和研究,以提供算法在实际工程应用中的价值。 首先,本文综合应用了接收信号强度(RSSI)定位技术和质心定位技术的优势,设计了一种加权置信度定位算法(WCLA)。该算法对节点硬件要求不高,也无需网络中部署高密度的信标节点,可以较低的通信开销提供较好的定位精度。仿真结果表明,它的典型定位误差小于射频通信距离的8%;在最优参数配置下,定位节点覆盖率为100%时的最大平均定位误差不超过射频通信距离的9%,是一种适用于实际工程中以区域定位为目标的经济、实用的节点定位方案。 其次,利用非视距传输(NLOS)条件下“RSSI估算得到的节点间距离大于实际节点间距离”的特性,基于对数常态分布模型和无线覆盖域交叠模型,本文另外设计了一种比例型定位算法(PLA)。仿真结果表明,在路径损耗指数为2的情况下,定位节点覆盖率为100%时的最大定位误差小于射频通信距离的1%;在路径损耗指数为3的情况下,其定位节点覆盖率达到100%时的最大定位误差不超过射频通信距离的3%。该算法定位精度高,运算复杂度适中,比较适用于NLOS环境下节点硬件配置较好,对定位精度有较高要求的工程应用领域。 最后,结合本文的课题研究内容,文中对煤矿井下无线定位系统提出了一种实用的井下定位方案,并利用实际楼道环境对煤矿井下定位的情景进行了模拟。
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