無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位問題研究.pdf

1、二十世紀(jì)末以來，隨著數(shù)字電路、無線通信和微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展與融合，新興的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展。由分布在某特定應(yīng)用環(huán)境的眾多低成本、智能傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線鏈路、互聯(lián)網(wǎng)連接而成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在諸多方面顯現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用前景，包括環(huán)境監(jiān)視、健康應(yīng)用、車輛跟蹤、庫存管理以及軍事領(lǐng)域等。作為一種無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，由于其極低能耗要求的獨(dú)特性，傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)和Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中比較成熟的各種通信協(xié)議并不能直接應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中來，無線傳

2、感器網(wǎng)絡(luò)研究面臨著新的挑戰(zhàn)。
　　 在傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，各節(jié)點(diǎn)感知數(shù)據(jù)、傳回?cái)?shù)據(jù)并在中央處理器進(jìn)行分析處理，成為各種應(yīng)用的一種基本途徑。但是，沒有位置信息的測量數(shù)據(jù)會失去意義。測量數(shù)據(jù)的位置與感知該數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)位置緊密相關(guān)。并且節(jié)點(diǎn)位置有助于路由、拓?fù)淇刂?、覆蓋、邊界檢測等其它研究工作的展開。節(jié)點(diǎn)定位是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一項(xiàng)重要的支撐工作。本文的工作就是圍繞無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)展開，先按基于距離定位和距離無關(guān)定位分類方法介紹了定位

3、技術(shù)研究現(xiàn)狀，分析了定位技術(shù)存在的困難，然后提出了基于距離約束的改進(jìn)迭代定位算法、基于改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)定位評價(jià)體系的迭代定位算法以及基于動態(tài)跳數(shù)距離估計(jì)的距離無關(guān)定位方法。
　　 在基于距離定位技術(shù)方面，本文分析了基于距離的定位技術(shù)面臨的主要困難，指出測量誤差問題和稀疏信標(biāo)節(jié)點(diǎn)問題是基于距離定位技術(shù)的主要難點(diǎn)。C. Savarese等提出的Hop-terrain迭代定位算法能夠較好地克服上述基于距離定位技術(shù)面臨的兩個(gè)主要困難，但該算法

4、在網(wǎng)絡(luò)連通度比較低時(shí)定位節(jié)點(diǎn)比例很低。本文提出一種改進(jìn)的基于距離約束迭代定位算法，能夠較大地提高在低網(wǎng)絡(luò)連通度時(shí)的定位節(jié)點(diǎn)比例，提高定位準(zhǔn)確性。主要改進(jìn)思路是，在迭代過程中，有選擇性地用上次迭代位置作為最新迭代位置，保留較好的定位中間結(jié)果，改善了迭代過程的收斂性，提高了節(jié)點(diǎn)定位準(zhǔn)確性。
　　 在基于迭代的距離相關(guān)定位技術(shù)方面，本文先分析了節(jié)點(diǎn)定位評價(jià)體系對定位準(zhǔn)確性的影響。并指出，在普通節(jié)點(diǎn)真實(shí)位置未知的情況下，找到一個(gè)完全正確

5、地反映節(jié)點(diǎn)定位優(yōu)劣的評價(jià)體系幾乎是不可能的。分析了在參考節(jié)點(diǎn)位置或到參考節(jié)點(diǎn)距離估計(jì)存在一定誤差的情況下，參考節(jié)點(diǎn)數(shù)量對節(jié)點(diǎn)定位的影響。實(shí)驗(yàn)表明，適當(dāng)增加參考節(jié)點(diǎn)的數(shù)量可以提高節(jié)點(diǎn)定位準(zhǔn)確性；但進(jìn)一步增加參考節(jié)點(diǎn)的數(shù)量又可能會導(dǎo)致定位準(zhǔn)確性的下降。本文提出了一個(gè)基于改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)定位評價(jià)體系的迭代定位算法。其主要思想是，在迭代過程中，參考到高可信度權(quán)值鄰居節(jié)點(diǎn)，而不是到所有鄰居節(jié)點(diǎn)的距離約束關(guān)系，選擇可能的最好節(jié)點(diǎn)位置作為最新迭代定位位置，

6、可以降低定位誤差。
　　 在距離無關(guān)定位技術(shù)方面，先介紹了相關(guān)的工作，分析了距離無關(guān)定位方法面臨的困難。指出，在基于無線覆蓋的區(qū)域定位方法中，如何縮小該區(qū)域的范圍是一個(gè)難點(diǎn)。在基于用跳數(shù)方法估計(jì)兩節(jié)點(diǎn)間距離的距離無關(guān)定位方法中，如何準(zhǔn)確估計(jì)節(jié)點(diǎn)間距離是這類算法的難點(diǎn)。在有洞的各向異性網(wǎng)絡(luò)中，這種距離估計(jì)尤其困難。本文提出一種基于動態(tài)跳數(shù)距離估計(jì)的距離無關(guān)定位方法，在有洞的各向異性網(wǎng)絡(luò)中也能較好地工作。其主要思想是，先估算各信標(biāo)節(jié)