基于多维标度的无线传感器网络定位算法研究与实现

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作为一种全新的信息获取和处理技术,无线传感器网络广泛应用在军事、医疗、环境监控等领域,而定位是这些应用的前提和基础。因此针对无线传感器网络节点自身定位技术的研究具有重要的理论和实际意义。基于多维标度的定位是无线传感器网络定位算法中的一种新思路,它利用了统计学中的多维标度技术。多维标度是一种把实体间的相关性转换为空间坐标的数据分析技术,它可利用节点间的相关信息来确定节点的空间坐标。本文提出了NMDS-RSSI(NonmetricMultidimensionalScaling-ReceivedSignalStrengthIndication)定位算法,首次利用多维标度技术中的非度量多维标度和无线信号强度指示值相结合来定位节点。NMDS-RSSI定位算法综合利用了两个特性,一是非度量多维标度对实体间的相关性只需满足一定的单调顺序等级关系,二是接收点收到的无线信号强度在通常情况下与收发双方的距离成单调递减关系。NMDS-RSSI定位算法把节点间的RSSI值直接作为节点间的相关性数据,运用非度量多维标度技术来重构节点坐标。它省去了以往利用无线信号强度的定位算法中先把无线信号强度转换为距离再进行定位所带来的计算误差和计算量。在实际环境中由于受多径、绕射、障碍物等因素影响,会出现RSSI值的偏离情况。从理论上分析,算法中采用的非度量多维标度技术对此有一定的容忍性。从仿真实验和实际传感器节点上采集的RSSI值进行实验的结果表明,NMDS-RSSI算法对无线信号强度出现的这种不良特性具有较好的健壮性,取得了较好的定位效果。本文提出的NMDS-RSSI定位算法分为集中式和分布式两种。改进后的分布式NMDS-RSSI定位算法加入了分簇的思想,把网络中的节点分成不同的簇来进行局部定位,然后再由若干局部相对坐标图合并成全局相对坐标图,从很大程度上减少了算法的时间复杂度,增强了定位算法的可扩展性。
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