湖北工業(yè)大學(xué) 陳小峰

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位算法的研究

湖北工業(yè)大學(xué) 陳小峰

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，WirelessSensorNetworks,簡(jiǎn)稱WSN。它是一種多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，將傳感器技術(shù)，分布式信息處理技術(shù),無線通信技術(shù)和嵌入式計(jì)算等技術(shù)融為一體，采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境和監(jiān)測(cè)對(duì)象的綜合信息。本文的主要工作是對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)行深入的研究，研究的主要內(nèi)容包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的研究背景，國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的發(fā)展。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點(diǎn)定位算法；研究

1 主要研究?jī)?nèi)容

第1章講述了本課題的研究背景以及研究意義，并通過分析國(guó)內(nèi)外對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀，確定了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位這一研究方向。

第2章介紹了無限傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)以及體系結(jié)構(gòu)，并給出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位算法的評(píng)價(jià)指標(biāo)和定位算法在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的影響因素。

第3章詳細(xì)介紹了幾種比較典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)定位算法，主要分為基于測(cè)距的定位和無須測(cè)距的定位算法，并給出了相應(yīng)定位算法的優(yōu)缺點(diǎn)。

第4章結(jié)合到達(dá)時(shí)間定位技術(shù)和時(shí)鐘同步技術(shù)，介紹了兩種基于線性調(diào)頻擴(kuò)頻的測(cè)距方法，分別是雙邊測(cè)量法和基于對(duì)稱的雙向雙邊測(cè)距法，并通過仿真分析得出基于對(duì)稱的雙向雙邊測(cè)距法具有很好的測(cè)距效果，誤差比基于雙邊測(cè)距法優(yōu)越很多。

第5章在完成對(duì)距離的測(cè)量后，將開始進(jìn)行定位計(jì)算，首先介紹了最基本的三邊定位法，然后將三邊定位法擴(kuò)展到一般情況，即多邊定位法，多邊定位法中將采取最小二乘的思想來對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行定位的分析研究，最后通過仿真分析，得出使用最小二乘定位比三邊定位法具有更高的定位精度。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)

本文的主要工作是對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)行深入的研究，研究的主要內(nèi)容包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的研究背景，國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的發(fā)展。分析介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的特點(diǎn)與現(xiàn)狀，包括節(jié)點(diǎn)定位的原理，節(jié)點(diǎn)定位的技術(shù)挑戰(zhàn)和評(píng)價(jià)指標(biāo)。分析了幾種典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)定位算法。分別對(duì)RSSI測(cè)距模型和SDS-TWR測(cè)距模型做出了研究分析，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)上述兩種測(cè)距模型做出了比較，分析了基于RSSI的測(cè)距模型的環(huán)境影響因素對(duì)信號(hào)傳播的損耗，基于SDSTWR測(cè)距模型中對(duì)于節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘偏頻對(duì)于測(cè)距誤差的影響，并通過實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果，驗(yàn)證兩種測(cè)距模型的各自優(yōu)缺點(diǎn)。最后通過加權(quán)質(zhì)心定位算法和最小二乘定位算法的分析對(duì)比，并通過實(shí)驗(yàn)仿真，得出基于最小二乘定位算法在定位的精度上較加權(quán)質(zhì)心定位算法上會(huì)更精確。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今信息領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，涉及到很多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，其中包括很多的關(guān)鍵技術(shù)，比如：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，拓?fù)淇刂疲W(wǎng)絡(luò)安全，定位技術(shù)，時(shí)間同步，數(shù)據(jù)融合，分布式計(jì)算，嵌入式操作系統(tǒng)，無線通信等技術(shù)。人類進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著信息社會(huì)的飛速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這個(gè)嶄新的充滿挑戰(zhàn)的新技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用而生。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)具有下面這些特點(diǎn)：信息匯聚，信息處理，信息傳輸，并且具有體積小、性能高、功耗低等特點(diǎn)，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用到國(guó)防軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能農(nóng)業(yè)、智能交通等領(lǐng)域[2]。比如基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，礦井安全救災(zāi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能交通系統(tǒng)，智能大田灌溉的ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。因此，目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注。

針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位算法定位精度和定位設(shè)備耗費(fèi)成正比的條件，即現(xiàn)在的定位算法，如果想保證定位精度很高，則需要投入大量的成本，比如通過在網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)布置大量的錨節(jié)點(diǎn)，這樣的話的確可以提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位精度，但在成本上的投入則增加了很多，所以現(xiàn)在我們的研究工作就是需要通過不斷的學(xué)習(xí)已有的定位算法，通過在已有算法上進(jìn)行改良，確保在不需要投入大量硬件成本的前提下，提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的定位精度。

3 結(jié)論

總的來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是集數(shù)據(jù)采集，無線傳輸，信息處理于一體的新型無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。作為21世紀(jì)的一項(xiàng)新技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)引起了人們的很大關(guān)注，隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在人們的日常生活、工業(yè)控制、環(huán)境檢測(cè)、智能交通、國(guó)防軍事等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一，將會(huì)對(duì)人類未來的生活方式產(chǎn)生巨大的影響。

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2017-09-10）