【摘要】：本文主要從控制策略角度出發(fā)研究基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的定位算法優(yōu)化問(wèn)題。首先,根據(jù)模塊化思想,論文建立了基于控制策略的定位算法分析框架及其優(yōu)化分析工具。其次,論文利用分析框架對(duì)已有的定位算法進(jìn)行模塊化拆分和研究,并在此基礎(chǔ)上細(xì)化了解各算法模塊的具體構(gòu)成,建立定位算法與分析框架的對(duì)應(yīng)優(yōu)化途徑。最后,通過(guò)三個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用場(chǎng)景,論文利用分析框架對(duì)經(jīng)典算法進(jìn)行改良,提出相應(yīng)的算法優(yōu)化解決方案,并仿真驗(yàn)證了算法的有效性。論文的研究?jī)?nèi)容如下所示：1.在模塊化分析的基礎(chǔ)上,本文提出了基于控制策略的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法分析框架。首先,論文在分析定位算法中影響因素和性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上,研究了定位算法的運(yùn)作機(jī)制,并提出用于模塊化分析的IPO模式及其控制策略。其次,論文采用語(yǔ)義理論作為各定位算法模塊的細(xì)化分析工具,在對(duì)定位算法模塊進(jìn)行本體研究的基礎(chǔ)上,分析了模塊內(nèi)部的運(yùn)作機(jī)制和影響因素之間的約束關(guān)系,為后續(xù)算法優(yōu)化提供支持。2.在細(xì)化研究控制策略的基礎(chǔ)上,本文提出了七種定位算法控制框架,即自尋優(yōu)、自學(xué)習(xí)、自識(shí)別、自適應(yīng)、自穩(wěn)定、自組織和自協(xié)調(diào)等,并對(duì)每一種框架的功能、目的和應(yīng)用方式進(jìn)行了初步分析。與此對(duì)應(yīng),論文也對(duì)作為算法模塊分析工具的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了細(xì)化說(shuō)明,明確闡釋了語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成和運(yùn)作方式,并從分析定位影響因素的約束關(guān)系出發(fā),舉例說(shuō)明了語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)在定位算法研究中的應(yīng)用。3.根據(jù)定位算法的IPO分類,本文選取了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法的三個(gè)主要應(yīng)用場(chǎng)景,即分布式定位,三維定位和基于移動(dòng)信標(biāo)的路徑規(guī)劃,同時(shí)也選擇了對(duì)應(yīng)場(chǎng)景的經(jīng)典定位算法,包括DV-Hop, APIT和S-曲線。通過(guò)對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景的分析和定位需求建模,本文設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的控制策略組合,并通過(guò)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)研究明確了定位算法模塊的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)及其改良算法。在分布式定位環(huán)境中,本文提出了基于混合計(jì)算模式的定位算法CRFDV-Hop。CRFDV-Hop通過(guò)對(duì)定位系統(tǒng)運(yùn)行階段的劃分,在系統(tǒng)初始化階段,以DV-Hop算法為基礎(chǔ),采用基于RSSI和位置反饋機(jī)制獲得節(jié)點(diǎn)粗略位置,并在系統(tǒng)運(yùn)行階段通過(guò)建立基于匯聚節(jié)點(diǎn)的定位計(jì)算模式,極大地降低定位能耗的同時(shí)提升系統(tǒng)定位精度；在三維定位環(huán)境中,本文在快速定位算法APIT的基礎(chǔ)上,提出了基于圖形變換模式的三維定位算法RTD-APIT。RTD-APIT通過(guò)對(duì)投影在平面內(nèi)的三角形進(jìn)行擴(kuò)展和鏡像變換,解決了APIT算法中In-To-Out錯(cuò)誤和Out-To-In錯(cuò)誤,并將算法擴(kuò)展到三維空間,同時(shí)RTD-APIT通過(guò)建立位置反饋機(jī)制和提升虛擬信標(biāo)等模式,較好地解決了三維環(huán)境對(duì)定位系統(tǒng)中信標(biāo)比例的苛刻要求;在大規(guī)模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)布置環(huán)境中,本文提出了以移動(dòng)信標(biāo)為定位輔助手段,建立基于虛擬力模式的路徑規(guī)劃算法VFST。VFST以節(jié)點(diǎn)的位置反饋差值作為虛擬力的產(chǎn)生基礎(chǔ),有效地滿足建立基于定位需求的路徑規(guī)劃要求,同時(shí)分別建立S-曲線的微觀運(yùn)動(dòng)模式,消減了定位計(jì)算中的共線度誤差問(wèn)題,并建立了障礙物檢測(cè)與避讓模式,使得VFST更加適合節(jié)點(diǎn)大規(guī)模布置的真實(shí)定位環(huán)境。本文提出的基于三種場(chǎng)景的定位算法CRFDV-Hop,RTD-APIT和VFST,經(jīng)過(guò)軟件仿真分析表明了它們?cè)趯?duì)應(yīng)場(chǎng)景具有良好的定位性能和較好的算法穩(wěn)定性。
【圖文】：

感器節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的精確感知。與傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)相比，ＷＳＮ在逡逑安裝設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)管理、通信傳遞、可靠性、無(wú)線多跳傳遞等方面具有突出的優(yōu)勢(shì)。逡逑ＷＳＮ的工作原理如圖１－１所示。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理后，將數(shù)據(jù)通過(guò)逡逑多跳路由的方式傳遞到數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)（Ｓｉｎｋ），由其將數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）傳遞給后臺(tái)逡逑管理系統(tǒng)進(jìn)行后期的數(shù)據(jù)加工和智能處理。逡逑監(jiān)測(cè)區(qū)巧逡逑圖１－１無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)逡逑１N１無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)xO究概述逡逑ＷＳＮ研究主要?jiǎng)澐譃椋葌�(gè)層面，分別是通信與細(xì)網(wǎng)層，基礎(chǔ)服務(wù)與管理層和應(yīng)用層。其逡逑中，通信與組網(wǎng)層的內(nèi)容包括ＱｏＳ邋（服務(wù)質(zhì)量）、路由、ＭＡＣ邋（媒介訪問(wèn)控制）、物理層和拓逡逑撲控制等，，基礎(chǔ)服務(wù)與管理層的內(nèi)容包括定位、通信同步和系統(tǒng)管理等，應(yīng)用層主要包括各逡逑種信息的處理和轉(zhuǎn)換。逡逑１逡逑

感器節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的精確感知。與傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)相比，ＷＳＮ在逡逑安裝設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)管理、通信傳遞、可靠性、無(wú)線多跳傳遞等方面具有突出的優(yōu)勢(shì)。逡逑ＷＳＮ的工作原理如圖１－１所示。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理后，將數(shù)據(jù)通過(guò)逡逑多跳路由的方式傳遞到數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)（Ｓｉｎｋ），由其將數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）傳遞給后臺(tái)逡逑管理系統(tǒng)進(jìn)行后期的數(shù)據(jù)加工和智能處理。逡逑監(jiān)測(cè)區(qū)巧逡逑圖１－１無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)逡逑１N１無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)xO究概述逡逑ＷＳＮ研究主要?jiǎng)澐譃椋葌�(gè)層面，分別是通信與細(xì)網(wǎng)層，基礎(chǔ)服務(wù)與管理層和應(yīng)用層。其逡逑中，通信與組網(wǎng)層的內(nèi)容包括ＱｏＳ邋（服務(wù)質(zhì)量）、路由、ＭＡＣ邋（媒介訪問(wèn)控制）、物理層和拓逡逑撲控制等，基礎(chǔ)服務(wù)與管理層的內(nèi)容包括定位、通信同步和系統(tǒng)管理等，應(yīng)用層主要包括各逡逑種信息的處理和轉(zhuǎn)換。逡逑１逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5

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本文編號(hào)：2527435