基于RSSI带误差补偿的无线传感器网络定位算法研究及实现

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无线传感器网络(Wireless Sensor Network:WSN)使用了嵌入式技术、传感器技术、无线通信技术、微机电系统、分布式信息处理等技术,不需要复杂的基础设施就能实现无线通信。通过微传感器协作对各种环境或监测对象信息进行采集、感知,通过嵌入式系统以多跳中继方式进行信息传递。WSN被广泛应用于目标跟踪、环境监测、医疗领域、石油管道泄漏的检测和军事应用等方面。节点定位在无线传感器网络中具有非常重要的作用,节点定位是目标跟踪、预测目标轨迹、监测目标行动路线等研究的基础。可用于网络拓扑管理和节点位置路由协议。设计定位算法已经成为重要的一个研究方向。本文研究内容如下:1.针对无线传感器网络定位的基本原理、分类和典型定位算法进行分析。在分析无线信号衰减模型的基础上,对RSSI非测距误差进行研究。针对测距误差,对测距误差补偿方法进行改进,重点分析几种常用的补偿方法,包括加权均值修正算法和高斯处理算法等,分析这些算法的定位原理和过程,重点针对障碍物引起的测距误差,在已有的补偿方法基础上设计一种综合改进RSSI定位算法。实现了定位性能和算法精度的折中。分别对高斯处理、均值处理和两者综合改进进行仿真分析,验证了综合改进型RSSI定位算法的稳定性和优越性。另外,对于综合改进算法的能量消耗进行分析,利用代理节点实现位置信息的更新,采取休眠机制和能量平衡两种优化方法。2.针对RSSI本身测距误差较大的不足,提出改进DV-Hop定位算法,针对算法中使用平均跳距代替直线距离产生的测距误差,提出基于平均跳距修正和锚节点选择的改进算法。利用Matlab从锚节点数量、网络连通度、平均覆盖率三个方面对改进算法进行仿真,理论分析与仿真结果表明,改进算法比原有算法具有更好的定位精度。3.为了验证仿真算法,搭建实验所用通讯模块的硬件平台JN5139,并在软件平台基础上重点分析通讯定位节点的定位命令和软件流程。利用Zigbee网络建立一个井下人员定位系统,针对人员移动节点和锚节点处于不同高度这一特点,本系统设计基于空间补偿模型的RSSI均值定位算法,缩小其对定位精度的影响。然后分别从地面监控系统、井下定位系统和通信连接三个角度对井下人员定位系统进行分析。最后利用Matlab对该人员定位算法进行模拟井下巷道仿真实验,本文节点定位误差要比基于RSSI测距误差小。
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