收藏本站
《中国科学技术大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

无线传感器网络中节点定位算法的研究

李新  
【摘要】: 早在上世纪七十年代末,美国国防部高级研究计划署(DARPA)就提出了无线传感器网络的最初构想。随着近三十年来微电机系统MEMS(micro-electro-mechanical systems)、嵌入式系统、处理器、无线电技术以及存储技术的巨大进步,新一代无线传感器网络应运而生。无线传感器网络通常由大量具有有限的感知、计算、存储和无线通信能力的微小节点构成,当将这些节点以适当的方式组成网络,并将它们的输出有机地关联与融合时,整个网络可提供远高于单个节点的强大功能。无线传感器网络可广泛应用于环境监测、工业过程控制、战场监视、抢险救灾、反恐等多种场合。美国国家研究委员会在一篇报告中指出,“该网络在全社会的普及将使此前信息革命中发生的一切重大事件相形见绌”。 无线传感器网络已成为近几年的研究热点,其中网络路由、时间同步、节点定位、拓扑控制及传感器网络应用等成为研究的重点。节点定位是无线传感器网络的一项基本能力。传感器节点从物理环境中采集的数据只有同位置信息联系在一起才是有意义的,同时节点位置还在目标定位/跟踪、提高路由效率等方面发挥着重要的作用。然而,为传感器网络设计和实现一个“最佳”的定位算法是一件非常困难的事情,主要原因在于传感器网络的规模可能很大(成千上百个节点),而计算、通信、存储能力及能源都非常有限,这使得常见的定位策略(如利用GPS系统、手工配置位置等)无法应用到传感器网络中。 目前,学术界已经提出了各种各样的节点定位算法,这些算法大致分为基于测距的定位算法和非基于测距的定位两类。基于测距的定位算法使用某种测量技术得到节点间关于距离或角度的估计值,然后采用三边测量法或三角测量法等几何方法进行定位。非基于测距的定位算法利用接收到的信号强度或节点间的无线连接来判断节点间的远近关系或邻居关系,进而粗略地进行定位。目前最常见的测距方法是利用节点配备的无线电收发器,通过接收到的信号强度并利用信号的传播模型来估计距离,这个模型假定无线电信号的传输是各向同性的。然而,越来越多的研究表明,在无线传感器网络这种由密集的低功率节点组成的环境中,无线信号的传播严重偏离理想模型,接收信号强度严重依赖方向,而且随节点及环境的不同而不同,因而完全没有可能仅根据接收到的信号强度来推断距离。这意味着目前所有依赖于理想信号传播模型的定位算法都需要重新考虑。 由于传感器网络通常部署在无人看护的环境,采用无线通信方式,并且节点的能力及资源非常有限,特别容易受到各种安全攻击。针对节点定位的攻击多为位置及距离欺骗攻击,比如假冒合法节点发布虚假的参考位置信息,通过破坏信号的传播时间、强度或角度来误导测量结果等。然而,目前无线传感器网络中大多数的节点定位算法不具有抵抗安全攻击的能力,少数已经提出的安全定位算法或者只适用于特定种类的安全攻击,或者算法的计算及通信开销很大,不适合能源紧缺的无线传感器网络。 本文研究无线传感器网络的节点定位问题。本文的第一个工作是利用一个仿真实际信号传播特性的无线电信号不规则模型RIM(Radio IrregularityModel)建立模拟实验环境,通过大量的仿真实验研究了接收信号强度、链路对称性及距离之间的映射关系,在此基础上设计并实现了一个基于链路状态的节点定位算法LSBA(Link-State Based Annulus),并在仿真实验环境中与其它四个典型的同类算法Centroid、DV-HOP、Amorphous和APIT在定位精度、算法收敛速度、计算复杂度和通信复杂度四个方面进行了全面比较。这也是这四个算法在模拟实验环境中首次进行全面的性能比较。实验结果表明在具有适量参考节点的无线传感器网络中,LSBA具有最佳的综合性能,并且LSBA对节点的不规则分布也有很好的适应性。 本文的第二项工作是设计并实现了一个能够抵御各种位置和距离攻击并能适应节点与环境异常的鲁棒的节点定位算法Bilateration。该算法将位置或距离攻击导致的虚假位置或距离看成是有误差的信息,而节点出错或局部环境异常造成的结果也是出现位置或距离误差,为此Bilateration采用统一的方法来处理这三种情况。首先根据正常的位置与距离应有的几何关系区分出可能是正确的和错误的(即误差太大的)信息,然后只利用可能是正确的信息进行节点定位。本文将Bilateration与基于三边测量法的三个典型算法(有过滤能力和没有过滤能力)进行了比较,仿真实验表明在测量噪声受限的传感器网络中,Bilateration具有最好的定位精度和最小的计算复杂度。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP212.9;TN929.5

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 左丹;肖胜;雷新海;;一种基于改进Bounding Box的移动信标辅助节点定位算法[J];指挥控制与仿真;2012年01期
2 孙燕;尚军亮;刘三阳;;基于采样优化的蒙特卡罗移动节点定位算法[J];系统工程与电子技术;2010年09期
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 熊炼;无线传感器网络的安全定位研究[D];太原理工大学;2011年
2 张鑫;基于嵌入式定位系统的研究[D];西安科技大学;2011年
3 祁会波;无线传感器网络中基于移动锚节点的定位算法研究[D];太原理工大学;2010年
4 沈志广;基于ZigBee的井下人员定位系统基站设计与研究[D];河南理工大学;2009年
5 杨雪锋;船用无线传感器网络节点三维定位技术研究[D];大连海事大学;2012年
6 陈岩;无线传感器网络低功耗优化方法的研究[D];东北林业大学;2012年
7 张锐恒;基于无线传感器网络的定位算法研究[D];南京航空航天大学;2012年
8 张荣华;基于TDOA测距的WSN定位安全性研究[D];河北工程大学;2012年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 冯立波;黄婷;罗桂兰;;基于WSN的森林火灾预警系统设计[J];安徽农业科学;2010年36期
2 牛延超;高德云;张思东;;一种基于Quasi-UDG模型的无线传感器网络非测距定位算法[J];北京交通大学学报;2010年05期
3 王书锋;侯义斌;黄樟钦;张勇;张有康;;锚点稀疏的无线感知网络定位算法[J];北京工业大学学报;2009年09期
4 吕科;张军;王钢;马琳;;基于序列Monte Carlo技术的动态节点定位[J];北京航空航天大学学报;2007年08期
5 吕良彬;曹阳;高洵;罗卉;;基于球壳交集的传感器网络三维定位算法[J];北京邮电大学学报;2006年S1期
6 袁正午;梁均军;;基于虚拟力的无线传感器网络多跳定位算法[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2010年01期
7 李光辉;赵军;王智;;基于无线传感器网络的森林火灾监测预警系统[J];传感技术学报;2006年06期
8 江冰;吴元忠;谢冬梅;;无线传感器网络节点自定位算法的研究[J];传感技术学报;2007年06期
9 赵朝丽;邢建平;张军;焦磊;肖颖;;DRFL一种分布式的无线传感网的非测距定位算法(英文)[J];传感技术学报;2007年08期
10 李善仓;张德运;杨功元;;传感器网络中一种基于迭代流形学习的节点定位算法[J];传感技术学报;2007年09期
中国重要会议论文全文数据库 前7条
1 吕良彬;曹阳;高洵;罗卉;;基于球壳交集的传感器网络三维定位算法[A];2006年全国通信软件学术会议论文集[C];2006年
2 姜琳;吴玲;李金宝;;基于拓扑结构的传感器网络节点定位算法[A];黑龙江省计算机学会2007年学术交流年会论文集[C];2007年
3 王帅;史清华;;一种基于反向路径标记的DV-Hop改进算法[A];2010通信理论与技术新发展——第十五届全国青年通信学术会议论文集(上册)[C];2010年
4 杨骥;刘锋;;无线传感器网络的一种基于DV-Hop的改进定位算法:DAH-DV-Hop[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(1)[C];2008年
5 刘静;高庆华;金明录;;基于RSSI的无线传感器网络分布式定位算法[A];2010年通信理论与信号处理学术年会论文集[C];2010年
6 李春蓉;陈红阳;邓平;徐勇军;;一种改进的无线传感器网络节点自定位算法[A];第四届中国测试学术会议论文集[C];2006年
7 汪丽华;张国煊;申兴发;;移动锚节点辅助的DV-hop定位方法研究[A];浙江省电子学会2008年学术年会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙玉婷;基于柱形换能器的水下传感器网络组网协议研究[D];中国海洋大学;2009年
2 郭瑛;基于事件触发的无线传感器网络关键技术研究[D];中国海洋大学;2010年
3 刘昕;基于无线传感器网络的目标跟踪系统中的算法研究[D];华中科技大学;2010年
4 牛延超;无线传感器网络非测距定位技术研究[D];北京交通大学;2010年
5 滕国栋;无线传感网络节点定位算法的研究[D];浙江大学;2010年
6 王伟;无线传感器网络安全技术研究[D];太原理工大学;2011年
7 钟辉;无线传感器网络节能方法及关键技术研究[D];吉林大学;2011年
8 刘影;无线传感器网络节点定位算法研究[D];吉林大学;2011年
9 李瑞雪;WSN节点定位算法及其安全性研究[D];吉林大学;2011年
10 王辛果;异步无线传感网的跨层网络协议研究[D];中国科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 肖美华;无线传感器网络节点定位关键技术研究[D];南昌航空大学;2010年
2 石莹;基于粒子群的无线传感器网络定位技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 黎作鹏;基于移动锚节点的无线传感器网络定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 段玉杰;IR-UWB无线传感器网络中基于TOA的定位算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 庄何;基于无线传感器网络的定位系统[D];大连理工大学;2010年
6 刘静;无线传感器网络节点定位算法研究[D];大连理工大学;2010年
7 钟文斌;基于ZigBee的井下搜救机器人定位算法研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
8 吴昊;无线传感器网络节点定位算法研究[D];中国海洋大学;2010年
9 袁明波;基于无线传感器网络的粮库粮情监测系统设计[D];沈阳理工大学;2010年
10 李华;WSN定位技术及其在矿井人员定位中的应用研究[D];河北工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张付杰;彭争;齐亚峰;;无线传感器网络研究进展[J];现代农业科技;2010年01期
2 马玉秋;沈树群;张平;龙承志;;基于无线传感器网络的定位系统研究及设计[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2006年01期
3 方震;赵湛;郭鹏;张玉国;;基于RSSI测距分析[J];传感技术学报;2007年11期
4 杨凤;史浩山;朱灵波;赵洪钢;;一种基于测距的无线传感器网络智能定位算法[J];传感技术学报;2008年01期
5 任维政;徐连明;邓中亮;王川;;基于RSSI的测距差分修正定位算法[J];传感技术学报;2008年07期
6 杨骥;刘锋;;无线传感器网络基于中垂线分割的APIT的改进定位算法[J];传感技术学报;2008年08期
7 苏炜,龚壁建,潘笑;超声波测距误差分析[J];传感器技术;2004年06期
8 刘艳;李德识;陶维亮;;无线传感器网络MAC协议的设计研究[J];传感器与微系统;2007年03期
9 陈凯;张丕状;韩焱;;无线传感器网络节点的模块化设计[J];传感器与微系统;2008年06期
10 朱晓姝;;OMNeT++仿真工具的研究与应用[J];大连工业大学学报;2010年01期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 牛延超;无线传感器网络非测距定位技术研究[D];北京交通大学;2010年
2 刘影;无线传感器网络节点定位算法研究[D];吉林大学;2011年
3 徐学永;面向应用的无线传感网络定位问题研究[D];中国科学技术大学;2011年
4 余义斌;传感器网络定位算法及相关技术研究[D];重庆大学;2006年
5 汪炀;无线传感器网络定位技术研究[D];中国科学技术大学;2007年
6 马建庆;无线传感器网络安全的关键技术研究[D];复旦大学;2007年
7 申兴发;基于无线传感器网络的分布式定位跟踪系统[D];浙江大学;2007年
8 刘克中;无线传感器网络分布式节点定位方法研究[D];华中科技大学;2006年
9 任王;小型微带天线分析与设计[D];浙江大学;2008年
10 孙庭波;无线传感器网络定位算法研究[D];中国科学技术大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 段玉杰;IR-UWB无线传感器网络中基于TOA的定位算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘广怡;基于RSSI的传感器网络定位技术研究与实现[D];解放军信息工程大学;2009年
3 李辉;基于RSSI的高精度室内三维空间定位算法[D];河南大学;2011年
4 王朝霞;ZigBee无线传感器网络节点硬件与组网协议设计[D];内蒙古大学;2011年
5 肖勇;基于最小二乘和支持向量机的WSN节点定位方法研究[D];江西理工大学;2011年
6 杨犀;基于AOA和TDOA的无线传感器网络三维定位算法的优化[D];山东大学;2011年
7 陈凯;基于RSSI的无线传感器网络定位方法研究[D];上海交通大学;2011年
8 钱宇;无线传感器网络的传感器定位及其在军事上的应用[D];浙江大学;2006年
9 陈红阳;基于测距技术的无线传感器网络定位技术研究[D];西南交通大学;2006年
10 崔晓杰;维纳滤波的应用研究[D];长安大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 牛之贤;李霞;冯秀芳;李武鹏;;基于虚拟方格的区域密度覆盖算法[J];计算机工程;2011年19期
2 马丽;;建筑内人员定位算法[J];消防科学与技术;2012年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 李霞;无线传感器网络井下人员定位技术研究[D];太原理工大学;2011年
2 崔秀锋;无线传感器网络中基于RSSI的三维定位改进算法研究[D];太原理工大学;2011年
3 田美玲;基于移动锚节点的无线传感器网络定位技术研究[D];太原理工大学;2011年
4 徐彩;具有移动节点的无线传感器网络定位算法研究[D];南京理工大学;2011年
5 贾洪东;无线传感器网络节点定位技术研究[D];中国地质大学;2011年
6 于洋;无线传感器网络中LDPC编译码技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 刘京;WSN中质心定位算法和基于移动锚节点的定位算法研究[D];郑州大学;2012年
8 李小艳;无线传感器网络动态管理技术[D];西北师范大学;2012年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 韩双霞;张露;范一鸣;陈江富;;WSN中改进的分布式多维定标定位算法[J];传感技术学报;2009年05期
2 孔军;季海波;;基于加权变尺度法的无线传感器网络定位[J];计算机工程;2009年21期
3 陆雨花;章勇;;无线传感器网络节点定位技术探讨[J];微计算机信息;2009年31期
4 邢明彦;李腊元;;粒子群优化在无线传感器网络定位中的应用[J];计算机工程与应用;2009年32期
5 赵巍;庞慧;;无线传感器网络中Robust Position定位算法的改进[J];信息技术;2006年12期
6 肖甜甜;吕凤虎;;无线传感器网络节点定位技术的研究[J];科技创新导报;2008年36期
7 罗海勇;李锦涛;赵方;林权;朱珍民;周全;;基于时空滤波的无线传感器网络抗差节点定位算法[J];高技术通讯;2008年12期
8 刘海波;胡啸;贾浩;;无线传感器网络节点自身定位算法综述[J];电讯技术;2009年02期
9 杜存功;丁恩杰;苗曙光;王满意;朱微维;;无线传感器网络改进型节点定位算法的研究[J];传感器与微系统;2010年01期
10 史洪宇;;一种改进的无线传感器网络节点定位算法[J];电脑开发与应用;2010年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王军;;无线传感器网络节点定位算法设计模式探讨[A];2011全国无线及移动通信学术大会论文集[C];2011年
2 秦念庆;王雷;刘莎;;基于迭代Tikhonov正则化方法的WSN多边定位算法研究[A];第三届全国虚拟仪器大会论文集[C];2008年
3 秦念庆;王雷;刘莎;;基于迭代Tikhonov正则化方法的WSN多边定位算法研究[A];第十届中国科协年会论文集(二)[C];2008年
4 邢佩龙;徐久强;赵海;田鹤;;无线传感器网络中的模糊质心算法[A];第八届沈阳科学学术年会论文集[C];2011年
5 郭旭斌;叶长城;王忆文;李辉;;基于无线传感器网络的室内定位系统[A];第十五届计算机工程与工艺年会暨第一届微处理器技术论坛论文集(A辑)[C];2011年
6 孟令军;王宏涛;夏善红;;一种节点音频测距TOA值线性拟合估计方法[A];2009中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2009年
7 王帅;史清华;;一种基于反向路径标记的DV-Hop改进算法[A];2010通信理论与技术新发展——第十五届全国青年通信学术会议论文集(上册)[C];2010年
8 刘静;高庆华;金明录;;基于RSSI的无线传感器网络分布式定位算法[A];2010年通信理论与信号处理学术年会论文集[C];2010年
9 端木庆敏;姚丹霖;;无线传感器网络节点定位算法综述[A];2006通信理论与技术新进展——第十一届全国青年通信学术会议论文集[C];2006年
10 陈伟龙;;无线传感器网络Min-max定位算法研究[A];2008年中国高校通信类院系学术研讨会论文集(上册)[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 范靖靖;上海军地演练无线电管控[N];人民邮电;2010年
2 李德锐 张垠 陆守龙;王绍标三十年热心为乡亲服务[N];连云港日报;2008年
3 赛迪顾问消费电子咨询事业部 蒋利峰;中国无线电邮市场是谁的机会[N];中国计算机报;2006年
4 朱爽;实现无线电子签到[N];中国电脑教育报;2002年
5 本报记者 黄诚克实习生 丁雪;我省北京奥运会无线电安全保障团队受表彰[N];贵州日报;2008年
6 记者 刘晶;10月1日北京部分地区实施无线电管制[N];中国电子报;2009年
7 陈德铁 邹红华;市政协社情民意获党政重视[N];衡阳日报;2007年
8 本报实习记者 李靖;学习改变人生 知识改变命运[N];呼和浩特日报(汉);2007年
9 记者 王慧芳;首都国庆六十周年活动无线电管控誓师动员大会召开[N];中国电子报;2009年
10 记者 马斌 易龙 程广;国庆无线电管控首场演练成功举行[N];人民邮电;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李新;无线传感器网络中节点定位算法的研究[D];中国科学技术大学;2008年
2 丁英强;基于无线传感器网络的定位和跟踪算法研究[D];天津大学;2009年
3 赵文辉;无线传感器网络能量高效路由关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 陈维克;无线传感器网络路由和节点定位技术研究[D];武汉理工大学;2009年
5 王成群;基于学习算法的无线传感器网络定位问题研究[D];浙江大学;2009年
6 马永波;无线传感器网络精确动态定位及其安全性问题研究[D];吉林大学;2010年
7 孙大洋;无线传感器网络节能问题研究[D];吉林大学;2010年
8 张少平;无线传感器网络节点定位算法研究[D];华中科技大学;2010年
9 郭瑛;基于事件触发的无线传感器网络关键技术研究[D];中国海洋大学;2010年
10 贺远华;无线传感器网络非视距定位技术研究[D];武汉理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张金奋;无线传感器网络节点定位服务质量保证机制研究[D];武汉理工大学;2011年
2 肖美华;无线传感器网络节点定位关键技术研究[D];南昌航空大学;2010年
3 徐进富;动物声防无线传感器网络的节点定位算法研究[D];江南大学;2011年
4 范玉红;无线传感器网络中节点定位算法研究[D];西华大学;2011年
5 王帅;无线传感器网络测距无关的节点定位算法研究[D];山东大学;2010年
6 孙燕;无线传感器网络管理与节点定位技术研究[D];西安电子科技大学;2010年
7 杨世杰;无线传感器网络节点定位算法研究[D];浙江工业大学;2010年
8 靳洪旭;无线传感器网络节点定位攻防机制研究[D];兰州理工大学;2010年
9 吴杰;基于加权最小二乘的无线传感器网络节点定位算法研究[D];太原理工大学;2011年
10 喻钦;基于协作模式的移动无线传感器网络节点定位方法研究[D];武汉理工大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026