發(fā)布時間：2017-09-11 08:44

  本文關(guān)鍵詞：基于低比例錨節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法研究

  更多相關(guān)文章： 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 多維尺度標定定位算法 最優(yōu)錨節(jié)點選擇策略 低錨節(jié)點比例

【摘要】：作為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的位置感知層設(shè)計,基于規(guī)模型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的定位問題一直是非常重要的研究方向之一。大多數(shù)現(xiàn)有的定位方案基本可以分為基于測距的或無需基于測距的定位方案,室內(nèi)或室外定位方案等。由于環(huán)境特性的不同特性,基于測距的方案往往在室外定位場景中效果較好,特別是當(dāng)野外環(huán)境中的多徑效應(yīng)、信號小尺度衰落等現(xiàn)象遠遠小于室內(nèi)定位環(huán)境時。多維標定算法和三邊測量術(shù)定位是因其數(shù)學(xué)上的嚴格合理性和易于實行而被廣泛使用。這類算法的主要側(cè)重點是給待定位節(jié)點裝配專門的設(shè)備(如GPS等)用以接收定位信號來進行距離估計。然而,此類定位技術(shù)要求每個傳感器節(jié)點配備GPS或其它功能強大的復(fù)雜模塊來滿足ToA,TDoA,AoA等測距方案,這也是一筆非常高昂的硬件成本。研究人員把研究重點轉(zhuǎn)向了基于錨節(jié)點的方案。這類方案里,WSN中只有部分節(jié)點是裝備復(fù)雜模塊的節(jié)點,其目的是減少增強型模塊成本。而這部分節(jié)點即被稱為錨節(jié)點。剩余的待定位節(jié)點將在網(wǎng)絡(luò)連接信息和錨節(jié)點輔助下定位。傳統(tǒng)的基于錨節(jié)點的定位方案的精度嚴重依賴于錨節(jié)點的比例和網(wǎng)絡(luò)連通度。此二者關(guān)鍵因素的變化會嚴重影響定位精度。一些號稱“無需基于錨節(jié)點”的定位方案介紹了進一步降低成本的方法。而實際上,它們并不是真正的“無需基于錨節(jié)點”,否則將無法計算出真實的地理位置。這些方案只使用連接信息來建立相對定位,并利用少量錨節(jié)點將其轉(zhuǎn)化為絕對坐標系統(tǒng)。而“無需基于錨節(jié)點”的方案聲稱獲得良好的定位精度,但是對WSN所應(yīng)對的場景卻有諸多不切實際的要求。例如,節(jié)點的分布相對均勻、網(wǎng)絡(luò)是各向同性的、所有節(jié)點使用統(tǒng)一的信號傳播模型等等。在現(xiàn)實場景中,規(guī)模型WSN的部署是隨機的,這個隨機性表現(xiàn)在節(jié)點分布規(guī)律和由于實際場景中的地理條件產(chǎn)生的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)部署邊界拓撲結(jié)構(gòu)(如復(fù)合圖形、凹形、空洞等)。此外,節(jié)點的信號傳播環(huán)境并不總是恒定的,不對稱的連接鏈路的存在更是大概率事件。因此連接本身就要考慮誤差特性。本文針對隨機部署的錨節(jié)點比例較低網(wǎng)絡(luò)特性,提出基于優(yōu)化錨節(jié)點選擇(OANS)的規(guī)模型WSN定位方案。此方案主要包括兩個關(guān)鍵算法,改進型Floyd算法和OANS算法,加之同其它輔助算法有機結(jié)合。改進型Floyd的核心是改進Floyd數(shù)據(jù)處理函數(shù)來估計待定位節(jié)點和錨節(jié)點之間的距離(N-A距離);OANS算法的核心是區(qū)分和優(yōu)化錨節(jié)點組合的戰(zhàn)略選擇。在給定網(wǎng)絡(luò)連接信息的數(shù)據(jù)極其有限和錨節(jié)點比例較低的情況下,OANS方案不僅實現(xiàn)了定位精度的提升,更重要的是,方案還能很好適用于節(jié)點隨機分布且網(wǎng)絡(luò)部署邊界形狀呈復(fù)雜圖形的情況。我們發(fā)現(xiàn)僅僅通過數(shù)據(jù)處理來精化N-A距離是不足夠,OANS專注于在N-A距離的誤差不可避免的情況下,提高定位方案對相關(guān)數(shù)據(jù)不精確的“容忍度”。此“容忍度”使得OANS定位方案可以很好適用于以下特性的WSN:1)規(guī)模型;2)低錨節(jié)點比例;3)低網(wǎng)絡(luò)連通度;4)節(jié)點隨機分布;5)網(wǎng)絡(luò)部署邊界拓撲結(jié)構(gòu)復(fù)雜;6)非對稱網(wǎng)絡(luò)。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 多維尺度標定定位算法 最優(yōu)錨節(jié)點選擇策略 低錨節(jié)點比例
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 課題的研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢12-15
• 1.3 研究內(nèi)容15
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)15-17
• 第2章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位17-33
• 2.1 基于信號的定位技術(shù)分類17-19
• 2.1.1 衛(wèi)星信號定位17-18
• 2.1.2 基站信號定位18-19
• 2.1.3 其他信號定位19
• 2.2 基于測距的定位19-24
• 2.2.1 測距技術(shù)19-22
• 2.2.2 MDS算法和三邊測量定位22-24
• 2.3 非測距定位24-27
• 2.3.2 Cell-ID和Grid劃分算法24-25
• 2.3.3 APIT算法25-27
• 2.4 基于錨節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位27-31
• 2.4.1 DV-Hop算法28-29
• 2.4.2 MDS-MAP算法29-30
• 2.4.3 CATL和ACDL算法30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-33
• 第3章 OANS無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方案及其重要算法33-65
• 3.1 OANS無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方案33-38
• 3.1.1 方案概述33-36
• 3.1.2 網(wǎng)絡(luò)連通度對定位效果的影響36-37
• 3.1.3 錨節(jié)點比例對定位精度的影響37-38
• 3.2 改進型Floyd算法38-45
• 3.2.1 算法描述39-41
• 3.2.2 改進型N-A距離估算41-42
• 3.2.3 改進型N-A距離估算的SUB情況42-44
• 3.2.4 嚴格N-A距離估算條件44-45
• 3.3 OANS算法45-59
• 3.3.1 算法描述45-47
• 3.3.2 錨節(jié)點的選擇方案47-54
• 3.3.3 N-A距離等價性分析54-58
• 3.3.4 輸出參數(shù)維度分析58-59
• 3.4 輔助算法59-63
• 3.4.1 鄰接矩陣初始化算法59-60
• 3.4.2 基于中繼節(jié)點的度的節(jié)點排序算法60-61
• 3.4.3 鄰接矩陣更新算法61-63
• 3.5 本章小結(jié)63-65
• 第4章 實驗基礎(chǔ)及規(guī)模型網(wǎng)絡(luò)實驗65-73
• 4.1 實驗基礎(chǔ)65-66
• 4.1.1 軟硬件設(shè)備65
• 4.1.2 實驗場景65-66
• 4.2 方案設(shè)計66-67
• 4.2.1 信號參數(shù)設(shè)置66
• 4.2.2 網(wǎng)絡(luò)定位參數(shù)設(shè)置66-67
• 4.3 基于普通拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的定位實驗67-69
• 4.4 基于復(fù)雜拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的定位實驗69-72
• 4.5 本章小結(jié)72-73
• 第5章 總結(jié)與展望73-75
• 5.1 全文總結(jié)73-74
• 5.2 研究展望74-75
• 致謝75-76
• 參考文獻76-81
• 附錄81-82
• 論文詳細摘要逡逑82

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3 王璽U，

本文編號：829764