传感器网络数据发布技术和定位技术研究

论文摘要

随着传感器节点技术的快速发展和功能的不断增强,传感器网络系统已经在军事、自然环境监测、工业生产监测、医疗保健及日常生活等领域开始普及并且向着规模化方向发展。“智慧地球”和“物联网”的提出,说明传感器网络应用将贯穿于人类生活的方方面面。面对大规模部署的传感器网络系统,如何合理的发布和共享观测数据是目前传感器网络技术研究的重要问题。本文首先围绕传感器网络数据发布技术展开研究,概述Sensor Web技术的概念、应用框架及应用项目实例,并对Meshup技术、Google Maps Meshup框架以及Microsoft SensorMap框架进行深入分析。进而,面向课题组实际部署的海洋传感器网络系统（OceanSense）,设计和实现了传感器网络数据发布系统（OsnWeb）。OsnWeb利用Web Services技术、Mesh-up技术和Google Maps API,以Google地图服务为基础发布OceanSense的部署情况和监测数据。为了准确定位OceanSense的传感器结点,本文还对传感器网络定位技术展开研究,延伸了课题组发表的垂直交叉定位（PI）算法,提出了扩展的PI定位算法——通过RSSI的比较关系确定信标结点的方向,以几何关系进行定位。和三边定位算法以及基于贝叶斯推理的移动信标定位算法相比,PI旋转定位算法的定位精度分别提高了约68%和57%。本文的主要贡献为:1)基于Web Services技术、Mesh-up技术和Google Maps API,论文设计和实现了传感器网络数据发布系统,完成课题组部署的海洋传感器网络系统（OceanSense）监测数据的可视化发布。2)论文扩展了课题组发表的垂直交叉定位技术（PI）,提出了PI旋转定位算法,与三边定位算法以及基于贝叶斯推理的移动信标定位算法相比,PI旋转定位算法的定位精度分别提高了约68%和57%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 无线传感器网络技术概述
• 1.2.1 无线传感器网络简介
• 1.2.2 无线传感器网络应用系统进展
• 1.2.3 传感器网络数据发布概述
• 1.2.4 传感器网络结点定位技术概述
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 本文的主要贡献
• 1.5 本文的组织结构
• 2 传感器网络数据发布相关工作
• 2.1 Sensor Web 概述
• 2.1.1 OGC Sensor Web Enablement （SWE）
• 2.1.2 微软Sensor Web 架构
• 2.1.3 开放的Sensor Web 架构（OSWA）
• 2.2 Meshup 技术概述
• 2.3 Google Maps 应用概述
• 2.4 SensorMap 概述
• 2.5 Sensor Web 应用
• 2.6 小结
• 3 OsnWeb 设计
• 3.1 系统框架
• 3.2 功能设计
• 3.2.1 数据资源层功能设计
• 3.2.2 数据接口层功能设计
• 3.2.3 数据聚合层功能设计
• 3.2.4 数据展示层功能设计
• 3.3 数据库设计
• 3.3.1 实体和属性定义
• 3.3.2 物理存储表设计
• 3.3.3 数据表关系视图设计
• 3.4 小结
• 4 OsnWeb 具体实现
• 4.1 数据资源层功能实现
• 4.1.1 海洋数据转化
• 4.2 数据接口层功能实现
• 4.2.1 查找传感器基本数据
• 4.2.2 查找海洋图像数据
• 4.2.3 查找路由连接路径
• 4.3 数据聚合层功能实现
• 4.3.1 映射传感器网络节点
• 4.3.2 可视化传感器网络数据
• 4.3.3 可视化路由连接路径
• 4.4 数据展示层功能实现
• 4.4.1 查看传感器基本数据
• 4.4.2 查看海洋温度数据
• 4.4.3 查看海洋光度数据
• 4.4.4 按时间查看海洋数据
• 4.4.5 查看路由连接路径
• 4.5 小结
• 5 传感器网络定位技术研究
• 5.1 引言
• 5.2 相关工作
• 5.2.1 Range-based 方法
• 5.2.2 Range-free 方法
• 5.2.3 PI 垂直交叉定位
• 5.3 PI 扩展——旋转定位设计
• 5.3.1 PI 旋转定位模型
• 5.3.2 随机的移动轨迹
• 5.3.3 PI 旋转定位方法设计
• 5.4 PI 旋转定位实验及评估
• 5.4.1 室外草坪实验
• 5.4.2 实验结果及分析
• 5.5 小结
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文