本文關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗路由與節(jié)點(diǎn)目標(biāo)跟蹤定位研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《西安電子科技大學(xué)》 2011年

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗路由與節(jié)點(diǎn)目標(biāo)跟蹤定位研究

高翔  

【摘要】：近年來，作為新興的測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless SensorNetworks，WSN），伴隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制和人工智能等學(xué)科獲得了飛速的發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)將大量具有通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)投放于監(jiān)測區(qū)域，實(shí)時(shí)感知、采集并處理監(jiān)測對(duì)象的信息，并且采用自組織、自適應(yīng)和多跳協(xié)作的通信方式實(shí)現(xiàn)了將自然界的物理信息與邏輯世界信息的完美融合，改變了人類傳統(tǒng)的生活方式。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)因獨(dú)具低功耗、易投放、高容錯(cuò)以及高精度測量的優(yōu)點(diǎn)，使其在軍事、商業(yè)和民用等領(lǐng)域都得到極其廣泛的應(yīng)用。 本論文根據(jù)前人的研究工作，分別從網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，展開了對(duì)路由實(shí)現(xiàn)、傳感器節(jié)點(diǎn)投放區(qū)域的通信覆蓋以及傳感器網(wǎng)絡(luò)中目標(biāo)跟蹤定位技術(shù)的深入研究。在上述問題的研究中，針對(duì)不同的應(yīng)用需求，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載平衡、簇首節(jié)點(diǎn)優(yōu)化選擇、傳感器節(jié)點(diǎn)優(yōu)化投放分布以及對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的高精度跟蹤定位等方面提出了具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的改進(jìn)算法，并通過計(jì)算機(jī)仿真對(duì)性能進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)估。 具體的創(chuàng)新研究內(nèi)容有： (1)根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中因節(jié)點(diǎn)有效傳輸半徑對(duì)路由選擇的制約，改進(jìn)基于最小生成樹的分簇多跳路由算法，改善因路由選擇對(duì)網(wǎng)絡(luò)能耗的影響。該算法利用Voronoi圖的泊松過程特性優(yōu)化簇首節(jié)點(diǎn)數(shù)，并結(jié)合最小生成樹動(dòng)態(tài)調(diào)整簇內(nèi)外節(jié)點(diǎn)的路由發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能耗優(yōu)化。仿真結(jié)果表明該算法在開銷容忍的前提下，網(wǎng)絡(luò)均衡負(fù)載，并與相同仿真條件下的基于LEACH的分層多跳路由算法相比，更有效地延長了網(wǎng)絡(luò)壽命，同時(shí)降低了計(jì)算時(shí)間復(fù)雜度。 (2)針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)投放分布對(duì)投放區(qū)域有效通信信號(hào)覆蓋的影響，改進(jìn)了一種基于通信覆蓋的分布式投放概率覆蓋算法。在保證投放精度的前提下，該算法根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)在投放區(qū)域中位置的不確定性以及信號(hào)衰減特性，建立信號(hào)覆蓋模型，并通過信號(hào)覆蓋率計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)預(yù)定投放位置，由傳感器節(jié)點(diǎn)的自定位算法獲取定位信息為前提，獲取節(jié)點(diǎn)的投放位置和投放數(shù)目。在改善區(qū)域通信覆蓋的同時(shí)，提高了節(jié)點(diǎn)分布效率，達(dá)到節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源的目的。通過仿真比較了在不同定位投放方法下的各相關(guān)性數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了該算法可實(shí)現(xiàn)高效投放的優(yōu)越性能。 (3)在關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面，提出了在實(shí)現(xiàn)投放區(qū)域有效通信信號(hào)覆蓋的基礎(chǔ)上保證局部能量有效損耗的路由設(shè)計(jì)要求，由此提出了基于多跳路徑劃分子空間的分簇路由算法。該路由算法在獲得相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)拓?fù)浞植嫉那疤嵯聦?shí)現(xiàn)了能量平均損耗，而節(jié)點(diǎn)拓?fù)涞墨@取則通過采用高斯分布的定位誤差模型與馬爾可夫鏈性質(zhì)相結(jié)合，改進(jìn)了以前算法對(duì)于傳感器節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的獲取。通過對(duì)整個(gè)算法的仿真，，得到的相關(guān)數(shù)據(jù)證明了算法在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)硬件資源優(yōu)化和能量有效損耗方面所具有的較好的性能。 (4)在對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤定位的研究中，對(duì)于無法得知目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程和觀測噪聲的概率密度分布的情況時(shí)，提出基于粒子濾波和曲線準(zhǔn)線性優(yōu)化的目標(biāo)跟蹤算法。算法利用傳感器節(jié)點(diǎn)的感知圓的幾何特性確定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)區(qū)域的邊界限制，借鑒cost reference粒子濾波算法，估計(jì)出目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡，隨后通過曲線的線性近似簡化了目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的估計(jì)，同時(shí)也獲取了目標(biāo)的速率的可控估計(jì)，仿真結(jié)果證明了所提算法的高效性。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)部分的傳感器節(jié)點(diǎn)失效的情況，引入了節(jié)點(diǎn)的失效檢測，并以貝葉斯概率分布估計(jì)糾正失效節(jié)點(diǎn)對(duì)原目標(biāo)狀態(tài)做的判斷，提高失效節(jié)點(diǎn)所在感知區(qū)域的容錯(cuò)能力，改善了目標(biāo)跟蹤定位的精度。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

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中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 徐久強(qiáng);盧鎖;趙海;崔行兵;劉大鵬;;基于蟻群算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法的研究[A];第八屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

2 龍昭華;李景中;蔣貴全;張林;;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的普適計(jì)算研究[A];第六屆和諧人機(jī)環(huán)境聯(lián)合學(xué)術(shù)會(huì)議（HHME2010)、第19屆全國多媒體學(xué)術(shù)會(huì)議（NCMT2010）、第6屆全國人機(jī)交互學(xué)術(shù)會(huì)議（CHCI2010）、第5屆全國普適計(jì)算學(xué)術(shù)會(huì)議（PCC2010）論文集[C];2010年

3 任玲;唐昊;周雷;魏振春;;一種能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)傳輸方法[A];中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)控制理論專業(yè)委員會(huì)B卷[C];2011年

4 劉陽;楊曉春;王斌;于戈;李斌陽;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種基于歷史數(shù)據(jù)分組的感知查詢技術(shù)[A];第二十四屆中國數(shù)據(jù)庫學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（研究報(bào)告篇）[C];2007年

5 郭旭斌;葉長城;王憶文;李輝;;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)定位系統(tǒng)[A];第十五屆計(jì)算機(jī)工程與工藝年會(huì)暨第一屆微處理器技術(shù)論壇論文集（A輯）[C];2011年

6 駱吉安;柴利;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的滾動(dòng)時(shí)域狀態(tài)估計(jì)方法[A];第二十六屆中國控制會(huì)議論文集[C];2007年

7 曹芳菲;何文麟;陳紅;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的Top-k監(jiān)測(英文)[A];第二十五屆中國數(shù)據(jù)庫學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（一）[C];2008年

8 邢佩龍;徐久強(qiáng);趙海;田鶴;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的模糊質(zhì)心算法[A];第八屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

9 袁蕊;;基于礦井節(jié)能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的研究[A];煤礦自動(dòng)化與信息化——第20屆全國煤礦自動(dòng)化與信息化學(xué)術(shù)會(huì)議暨第2屆中國煤礦信息化與自動(dòng)化高層論壇論文集[C];2010年

10 潘恒曦;辛旺;范蟠果;;Zigbee在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[A];2010年西南三省一市自動(dòng)化與儀器儀表學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 美國專利律師 譚文曄　薛之揚(yáng);[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

2 本報(bào)記者 趙建國;[N];中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào);2011年

3 溫雅路;[N];人民郵電;2008年

4 賽迪顧問信息產(chǎn)業(yè)研究中心高級(jí)咨詢師 王坤;[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2009年

5 本報(bào)記者 姚傳富;[N];人民郵電;2009年

6 沈建苗　編譯;[N];計(jì)算機(jī)世界;2010年

7 卞 輯;[N];中國氣象報(bào);2011年

8 ;[N];計(jì)算機(jī)世界;2004年

9 羅清岳;[N];電子資訊時(shí)報(bào);2007年

10 記者 陸成鋼　通訊員 尚曉天;[N];嘉興日?qǐng)?bào);2009年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李哲濤;多媒體無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中若干算法研究[D];湖南大學(xué);2010年

2 姜宇;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程抄表關(guān)鍵技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2011年

3 趙寶康;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)隱私保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

4 朱政堅(jiān);無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

5 羅丹彥;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量高效組建關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

6 畢嘉娜;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量有效安全路由協(xié)議研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

7 周彥;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于量化信息的目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)與融合[D];上海交通大學(xué);2010年

8 谷雨;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中目標(biāo)覆蓋的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

9 馬永波;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)精確動(dòng)態(tài)定位及其安全性問題研究[D];吉林大學(xué);2010年

10 李玉凱;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高能效可靠數(shù)據(jù)傳輸理論及應(yīng)用研究[D];華北電力大學(xué)（北京）;2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 徐存亮;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多路徑低干擾路由研究[D];大連理工大學(xué);2010年

2 吁玲;基于6LoWPANs的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能路由機(jī)制研究[D];吉林大學(xué);2012年

3 曹文;一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)[D];北京郵電大學(xué);2011年

4 趙京;隨機(jī)路由在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的研究與應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2011年

5 劉瑞;優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)能耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺(tái)研究[D];沈陽師范大學(xué);2012年

6 胡玲;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)信息融合與目標(biāo)跟蹤的研究[D];華東理工大學(xué);2012年

7 朱琎;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的長直線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)協(xié)議的研究[D];南京信息工程大學(xué);2012年

8 徐占偉;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于事件驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)融合算法研究[D];太原理工大學(xué);2010年

9 唐健華;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)優(yōu)化覆蓋的研究[D];南京郵電大學(xué);2011年

10 郝曉強(qiáng);無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗路由與節(jié)點(diǎn)目標(biāo)跟蹤定位研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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