基于锚节点路径自适应规划的节点定位算法研究

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无线传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术,目前已经广泛应用于军事、抗险救灾、环境监测、医疗卫生和空间探索等领域。定位技术是无线传感器网络应用的基础,缺失位置信息的监测消息往往没有研究意义。在传统的定位算法中,节点均处于静止状态,考虑到许多特殊场景的需求,如移动目标的跟踪和定位,大范围的环境监测等,移动传感器网络有着难以替代的优势。因此,研究应用于移动无线传感器网络的节点定位算法有着重要的理论意义和应用价值。本文主要针对移动传感网络中锚节点的路径规划进行研究,旨在通过实现锚节点自适应移动来提高定位性能,同时减少能量和资源的浪费。首先,锚节点随机移动会穿越节点密度稀疏的区域,造成能量以及资源的浪费。针对这个问题,本文给出一种基于最大定位概率的锚节点自适应移动方案。该方案首先利用未知节点的先验概率分布来估计其定位概率;然后对锚节点下一时刻的候选位置进行定量评估;最后结合移动距离对能量消耗的影响计算出锚节点下一时刻的最优位置。仿真结果表明这种方法显著地提高了锚节点的定位覆盖率。此外,针对算法计算量较大的问题,进一步提出一种基于阈值的回形路径计算方法,该方法在保证定位性能的同时有效地减少了计算量,提高了定位速度。其次,为了满足高精度定位场景的要求,本文给出一种基于定位贡献信息的锚节点路径规划方案。该方案将定位精度,定位覆盖率同时考虑进去,通过计算锚节点可能区域中每一个位置的定位贡献值来确定锚节点下一时刻的最优位置。仿真结果表明,基于定位贡献值的锚节点移动方案不仅满足了定位覆盖率的要求,同时提高了定位精度。此外,针对监测区域内锚节点分布密度较高的问题,进一步给出一种基于协作的锚节点移动方案。该方案利用锚节点的位置信息以及运动模型实现锚节点间的相互协作,保证了定位阶段未知节点附近至少有2个锚节点。仿真结果表明,在节点密度稀疏的定位场景中,给出的方案实现了较高的定位精度。
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