基于无线传感器网络的室内定位算法和AODV路由协议的研究与实现

论文摘要

随着现代通信技术的发展,无线网络技术与人们的日常生活关系日益紧密。同时,随着我国城市化进程的加快,各种体育场馆、剧院、金融中心等大型公共建筑设施越来越多,随之出现的许多问题也日益凸显。其中的一个重要问题便是：大型建筑的安全保障工作。无线网络技术的发展为解决这个重大问题提供了良好的技术平台,本文主要基于无线传感器网络技术,提出了适合于复杂建筑物室内的三维定位算法,同时,对网络层路由协议AODV进行了性能分析。无线传感器网络由在特定区域部署,对环境与物体等进行监控的无线传感器节点组成。它是无线通信技术、传感器技术与嵌入式技术融合发展的产物。作为一种新兴技术,无线传感器网络目前已经广泛应用于工业监控、环境监管、办公自动化、医疗护理、军事国防等众多领域,基于无线传感器网络的室内监控与定位问题正日益受到关注。本论文主要对无线传感器网络定位和路由技术进行研究。在定位技术领域,本文详细研究了已提出的基于无线传感器网络的定位算法,并结合大型建筑物室内布局复杂、不规则的特点,基于三维空间的分层处理思想,提出了室内传感器节点三维定位的非距离定位算法APIL(approximate point in Layer)。并在MATLAB仿真软件下,通过具体的仿真测试,验证了在复杂的传播环境下,APIL算法仍具有很好的定位性能。在路由协议方面,本文着重研究了基于无线传感器网络的AODV路由协议,并在网络仿真软件OPNET环境下,对AODV协议进行了系统建模,并使用该协议模型进行了四种不同测试场景的仿真,获得了一系列的测试数据。由这些测试数据而得到的分析结论,为本项目组的无线传感器监控网络的搭建构网提供了翔实的理论依据,同时也为更进一步的路由协议改进工作提供了研究基础。论文最后利用实验室项目组设计、开发的室内无线监控定位系统,对本文的研究内容进行了实验测试。通过测试结果表明,本文的研究能够很好的应用于基于无线传感器网络的室内监控定位系统,而且也可以为室内其它方面的应用提供借鉴与参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题来源
• 1.2 研究背景及意义
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 论文结构安排
• 第二章 基于ZigBee的无线传感器网络相关技术介绍
• 2.1 ZigBee技术基础
• 2.1.1 ZigBee发展概述
• 2.1.2 ZigBee技术特点
• 2.1.3 IEEE802.15.4协议与ZigBee协议
• 2.2 基于Zigbee的WSN网络架构
• 2.2.1 ZigBee网络设备类型
• 2.2.2 ZigBee网络拓扑结构
• 2.3 无线传感器网络定位技术介绍
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 无线传感器网络定位算法分类
• 2.3.3 基于距离（range-based）定位算法
• 2.3.4 距离无关（range-free）定位算法
• 2.4 无线传感器网络路由协议基础
• 2.4.1 概述
• 2.4.2 路由协议分类
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于分层的无线传感器网络定位算法（APIL）
• 3.1 概述
• 3.2 APIL算法的基本原理
• 3.3 APIL算法的实现
• 3.3.1 空间层信息判定
• 3.3.2 空间位置计算
• 3.4 仿真和分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于无线传感器网络的AODV路由机制性能分析
• 4.1 概述
• 4.2 AODV路由协议
• 4.2.1 AODV路由协议原理
• 4.2.2 AODV路由协议基本操作
• 4.3 OPNET网络仿真简介
• 4.3.1 OPNET特点及应用范围
• 4.3.2 OPNET Modeler的建模机制
• 4.3.3 OPNET Modeler的仿真对象
• 4.4 AODV协议在WSN环境下的仿真实验
• 4.4.1 WSN下AODV仿真构建
• 4.4.2 路由协议性能指标
• 4.4.3 仿真环境参数设置
• 4.4.4 仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 室内环境下无线监控定位系统应用测试
• 5.1 WSN室内监控定位系统平台
• 5.1.1 硬件平台
• 5.1.2 软件开发平台
• 5.1.3 Z-Stack协议栈概述
• 5.2 WSN室内监控定位系统设计方案
• 5.2.1 监控定位系统概述
• 5.2.2 节点硬件设计
• 5.2.3 节点功能程序设计
• 5.2.4 系统监控端设计
• 5.3 WSN室内监控定位系统性能
• 5.3.1 监控稳定性
• 5.3.2 定位精度
• 5.3.3 分布式特性
• 5.3.4 容错性及自适应特性
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 本文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 附录 作者攻读学位期间参与的项目
• 致谢
• 攻读学位期间发表或已录用的学术论文