井下复杂环境中无线传感器网络节点定位算法的研究

论文摘要

随着经济的飞速发展,尤其现在能源紧张的形势下,煤炭这一国家的基础工业更是得到了人们的普遍关注。同时由于煤矿井下环境复杂,给生产安全带来了巨大的挑战,并给井下工作人员的生命造成了极大的威胁。于是,井下人员定位和井下监控开始出现并得到了飞速的发展。在这个背景下,本文就井下复杂环境中无线传感器网络的节点定位进行了深入研究。无线传感器网络近年来已经成为国内外研究的一个热点,其中,节点定位技术是无线传感器网络的主要支撑技术之一。无线传感器网络节点定位有许多不同的算法,各种算法有各自的优缺点,同时有自己适合的环境。本文首先对无线电波传播模型进行了广泛研究,分析比较了自由空间、室内多障碍物环境和井下复杂环境中的无线电波传播模型。对井下复杂环境中无线电波传播模型方程中的环境因子矩阵,结合了实际测量值对其进行了修正。其次对典型的定位算法进行了综合分析,考虑到算法复杂度和定位精度,就其中基于接收信号强度指示(RSSI)的定位算法进行了深入研究。给出了该算法进行定位的原理,并结合井下复杂环境中的电波传播模型来实现该算法。针对算法定位精度不高的问题,本文对算法中的参数选择做了仿真比较。可以得出算法的定位精度与算法中的迭代次数和参考节点位置的选择息息相关。经过仿真实验可以看到选择合适的迭代次数与参考节点位置,在算法复杂度变化不大的前提下,可以提高算法的定位精度。最后对本论文的工作进行了总结分析,并对下一步的工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 复杂环境中WSN定位算法研究现状
• 1.4 本文组织结构
• 第二章 无线电波传播模型
• 2.1 自由空间环境下的无线电波传播模型
• 2.2 室内多障碍物环境下的无线电波传播模型
• 2.3 井下复杂环境下的无线电波传播模型
• 2.3.1 模型方程
• 2.3.2 环境因子矩阵
• 第三章 无线传感器网络定位算法分析
• 3.1 无线传感器网络概述
• 3.2 无线传感器网络定位原理
• 3.2.1 测量节点间距离或角度的方法
• 3.2.2 传感器节点定位的计算方法
• 3.3 无线传感器网络定位算法分类
• 3.4 无线传感器网络定位算法评价指标
• 3.5 典型的定位算法介绍
• 3.5.1 基于测距的定位算法
• 3.5.2 不基于测距的定位算法
• 第四章 基于RSSI的井下定位算法及实现
• 4.1 基于RSSI的井下定位算法的思想
• 4.2 基于RSSI的井下定位算法的具体实现
• 4.3 基于RSSI的井下定位算法的仿真实验
• 4.3.1 实验环境与数据采集
• 4.3.2 定位算法中的参数选择
• 4.4 实验结果分析
• 第五章 总结和展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间参与的科研工作