无线传感器网络非测距定位算法研究

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无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)由大量具有无线通信功能的廉价微型设备组成,由于它具有低功耗、低成本、分布式和自组织等特点,近年来备受关注。定位技术是传感器网络的核心支撑技术之一,在WSN应用中为其提供监测事件的位置信息,同时具有协助路由、管理网络拓扑等功能。非测距定位算法因成本低及能耗小等优点使其具有巨大的技术优势,该类算法不需要时间同步和复杂的硬件支撑,并且协议简单便于实现。但是现有算法通常假设节点分布在理想的监测区域,忽略了实际操作中环境的复杂多变性。论文围绕非测距定位技术展开研究,主要针对非测距DV-Hop算法在随机分布网络中定位误差大及扩展性较差提出了解决方案,并对所提方案进行了仿真及性能评估,论文主要工作如下:①从介绍WSN定位技术基本理论入手,总结现有定位算法并对其进行分门别类。重点分析其非测距定位算法:质心算法、APIT算法、Amorphous算法和MDS-MAP算法,并通过实验仿真分析信标节点数量、分布方式及节点密度对算法定位性能的影响,为论文后续的研究工作提供切入点。②针对DV-Hop定位算法在节点随机分布的无线传感器网络中定位误差大的问题,提出一种基于最优节点通信半径的非测距定位算法。该算法通过分析网络节点分布特性,利用误差分析获得受扰动影响最小的信标节点优化分布方案,进而得到最优节点通信半径;然后使用最小二乘法校正信标节点的平均跳距,最后采用加权方法修正未知节点的位置。③针对DV-Hop算法中未知节点要获取距离每个信标节点的最小跳数而造成的可扩展性较差,在大规模无线传感器网络中定位误差大的问题,提出了一种基于区域划分的非测距定位算法。论文将泰森多边形引入DV-Hop算法,减少用跳段距离之和代替实际距离引入误差的叠加,整体上降低了网络通信能耗并使定位性能稍有改善。同时采用未知节点跳数信息和与信标节点的距离作为约束条件,运用网格扫描法,迭代求解缩小未知节点所在范围,降低距离误差对节点坐标求解的影响,使得定位精度大大提高。
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