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随着各国对海洋环境的保护、海洋资源的开发以及海域权益的维护越来越重视,海洋监测、水下资源勘探成为人类重要的活动之一。水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor Network,UWSN)为海洋环境与权益保护、水下资源勘探等提供重要的手段,因此在国防应用、环境监测、灾难预防等各方面有着广泛的应用前景,得到了越来越多的人关注。节点定位是水下无线传感器网络的关键技术。然而水下环境较为复杂多变,相比地面无线传感网络(WSN),UWSN具有高时空变、高传播延时、低带宽的特性,致使WSN现有成熟的定位技术无法在海洋监测系统中直接进行使用。因此,研究水下无线传感器网络节点定位技术显得尤为重要。
目前水下无线传感器网络节点定位主要存在定位精度不高,误差较大等问题,本文针对原有DV-Hop定位算法在获取节点平均跳距上存在较大的误差,提出一种改进的非测距DV-Hop定位算法,改进了定位算法具体包括:(1)提出将平均跳距进行分层处理的方法,修正未知节点所获得的平均跳距,再使用优化的最大似然估计算法迭代计算初始坐标值,以获取未知节点坐标的局部最优值,从而提高未知节点坐标信息的精确度。仿真结果表明,改进的非测距DV-Hop定位算法可以有效的提高精度,并能减少累积误差,定位效果明显。(2)研究了基于最小二乘法的DV-Hop定位算法。考虑到水下三维环境的节点定位,提出了一种基于层级结构的加权最小二乘定位算法。通过功率控制对通信半径划分层级,信号的发射功率决定了通信半径,锚节点根据未知节点的深度信息自动移动到未知节点所在的平面,这样做的好处是可以把复杂的三维定位转换成二维进行估算,同时有效避免了较远的锚节点参与未知节点的定位过程。再通过加权最小二乘法来减少平均跳距所引起的误差,对估算得到的坐标信息加以约束,优化了节点定位信息。很大程度降低了测量误差对定位性能的影响,从而提高了定位的精度。实验仿真表明,改进后的的定位算法比传统的最小二乘法的定位算法定位精确度更高。存在的问题是,在无线传感器定位的过程当中,需要比较多的锚节点,因此能耗消耗较大。用较少的辅助锚节点提高定位精度,这个是未来的研究重点。
目前水下无线传感器网络节点定位主要存在定位精度不高,误差较大等问题,本文针对原有DV-Hop定位算法在获取节点平均跳距上存在较大的误差,提出一种改进的非测距DV-Hop定位算法,改进了定位算法具体包括:(1)提出将平均跳距进行分层处理的方法,修正未知节点所获得的平均跳距,再使用优化的最大似然估计算法迭代计算初始坐标值,以获取未知节点坐标的局部最优值,从而提高未知节点坐标信息的精确度。仿真结果表明,改进的非测距DV-Hop定位算法可以有效的提高精度,并能减少累积误差,定位效果明显。(2)研究了基于最小二乘法的DV-Hop定位算法。考虑到水下三维环境的节点定位,提出了一种基于层级结构的加权最小二乘定位算法。通过功率控制对通信半径划分层级,信号的发射功率决定了通信半径,锚节点根据未知节点的深度信息自动移动到未知节点所在的平面,这样做的好处是可以把复杂的三维定位转换成二维进行估算,同时有效避免了较远的锚节点参与未知节点的定位过程。再通过加权最小二乘法来减少平均跳距所引起的误差,对估算得到的坐标信息加以约束,优化了节点定位信息。很大程度降低了测量误差对定位性能的影响,从而提高了定位的精度。实验仿真表明,改进后的的定位算法比传统的最小二乘法的定位算法定位精确度更高。存在的问题是,在无线传感器定位的过程当中,需要比较多的锚节点,因此能耗消耗较大。用较少的辅助锚节点提高定位精度,这个是未来的研究重点。