一种无信标节点的无线传感器网络定位算法研究

论文摘要

节点定位技术是无线传感器网络实际应用中重要的支撑技术之一,也是相关研究者关注的研究热点之一。目前大多数的定位算法都是依赖少数信标节点来确定其他多数一般节点的位置,而信标节点的坐标信息,基本上是由全球卫星定位系统来提供。这种借助信标节点来定位的方法至少存在以下问题：一是信标节点不可能很多,支撑数量较大的节点部署情况下的定位较为困难；二是信标节点由于人为或环境因素,常常出现位置漂移,造成其他节点难以精确定位；三是当环境位于室内或是具有某种干扰时,信标节点本身运作就会发生困难,当然其他节点也就难以定位。本文提出了一种无信标节点的无线传感器网络定位算法：CDAP算法。在无信标结点存在的情况下,利用改进后的基于节点密度的分簇算法,即ICAND算法进行分簇,通过分布式的定位方式,把角度测量和距离测量结合起来,引用类似时间同步的概念,逐步对同步中的结点进行方位调整和坐标调整,从而计算出所有节点在区域坐标系统当中的坐标。通过实验验证该算法,实验数据表明,在节点随机分布的情况下,CDAP算法在网络覆盖率、定位误差率和通信开销三个方面都有良好的表现,比起业界公认的聚类SPA算法,网络覆盖率至少提高了51.3%；另外,在节点密度大于0.9时,其定位误差率平均减少了22.3%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 无线传感器网络
• 1.1.2 无线传感器网络的节点定位
• 1.1.3 节点定位遇到的困惑
• 1.1.4 无信标节点定位的提出
• 1.2 研究目标和研究内容
• 1.2.1 研究目标
• 1.2.2 研究内容
• 1.2.3 研究意义
• 1.3 论文组织
• 1.4 本章小结
• 第2章 节点定位技术的研究
• 2.1 节点定位常用的测距技术
• 2.1.1 接收信号强度指示
• 2.1.2 到达时间
• 2.1.3 到达时间差
• 2.1.4 到达角度
• 2.2 节点位置估算方法
• 2.2.1 三边测量法
• 2.2.2 三角测量法
• 2.2.3 极大似然估计法
• 2.3 定位算法的分类
• 2.4 典型的基于信标节点定位算法
• 2.4.1 质心算法
• 2.4.2 DV-Hop定位算法
• 2.4.3 APIT定位算法
• 2.5 典型的无信标节点定位算法
• 2.5.1 SPA算法
• 2.5.2 聚类SPA算法
• 2.5.3 MAP-Growing算法
• 2.5.4 AFL定位算法
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于分簇的分布式无信标节点定位算法设计
• 3.1 引言
• 3.2 基本术语
• 3.3 问题的提出与解决
• 3.4 基本思想
• 3.5 簇形成阶段
• 3.6 簇内同步阶段
• 3.7 全局同步阶段
• 3.7.1 选择全局同步策略
• 3.7.2 待定位定点簇分类
• 3.7.3 第一类节点簇定位
• 3.7.4 第二类节点簇定位
• 3.8 本章小结
• 第4章 仿真实验与分析
• 4.1 仿真实验设计
• 4.1.1 仿真工具介绍
• 4.1.2 仿真环境设计
• 4.1.3 性能评价指标
• 4.2 仿真结果：参数选择
• 4.2.1 距离测量误差与定位误差
• 4.2.2 全局同步策略与定位误差
• 4.3 仿真结果：与聚类SPA算法的性能比较
• 4.3.1 网络覆盖率的比较
• 4.3.2 定位误差率的比较
• 4.3.3 通信开销的比较
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果