基于维度转换的水下无线传感器网络节点定位算法研究

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水下无线传感器网络由于其低成本、容易部署的特性,在海洋环境监测、海洋信息采集、海洋资源探测、灾害预警、援助导航等领域被广泛的应用。水下传感器网络中,节点的位置信息是网络拓扑发现、路由协议优化、水下导航等应用的前提,所以节点定位具有非常重要的研究意义。本文对目前已提出的水下无线传感器网络节点定位算法进行了深入的研究和分析,针对现有的节点定位没有很好的考虑水下环境的复杂性,存在定位精度低、能量消耗高等问题,引入维度转换的思想,提出了两种水下节点定位算法,并在此基础上设计了一个定位仿真系统。本文的主要工作如下:  提出了一种基于维度转换与极大似然估计的定位算法。算法首先根据水下传感器网络锚节点水面部署、待定位节点深度已知的特性,将三维定位等效转换为二维定位,然后利用极大似然估计法确定节点的二维坐标。仿真实验结果表明,同Silent定位相比,该算法不仅提高了节点的定位精度,还降低了能量和计算量的消耗。  提出了一种基于维度转换与粒子群优化的定位算法。算法首先根据水下传感器网络的特性,将三维定位等效转换为二维定位,然后引入并行粒子群优化方法,根据全局最优值限定粒子的方向,粒子不断进化,最后确定节点的位置。仿真实验结果表明,同三维粒子群优化定位相比,该算法提高了定位精度,降低了普通节点的能量和计算消耗,还避免了定位算法陷入局部最优化。  利用OMNeT++平台,设计并实现了一个定位仿真系统。系统设计包括网络模型设计、通信节点设计、调度节点设计和消息的定义。利用该仿真系统对上述两种定位算法进行仿真测试,验证了所提算法的可行性,表明该系统适用于水下传感器网络定位算法仿真。
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