无线传感器网络精确动态定位及其安全性问题研究

【摘要】： 随着无线通信、微机电系统的发展,低成本、低功耗、大规模的无线传感器网络作为一种新兴技术为人们提供了全新的信息获取和信息处理方式,引起了学术界的广泛关注。无线传感器网络具有十分广阔的应用前景,能够广泛应用于环境监控、军事国防、目标跟踪、医疗监控等领域,因而成为当前一个热点研究领域。 本文首先简述了课题研究背景和意义,接着对无线传感器网络的历史及发展、体系结构及研究应用领域进行了介绍,描述了无线传感器网络定位问题的关键要点,基本概念和相关术语。针对目前现有的各种传感器节点定位算法,按照不同的分类标准进行了比较详细的阐述,并比较了目前各种定位算法的优势与劣势,分析了其相关的应用领域。 针对传统定位算法的不足之处,本文提出了一个基于平面无测距的节点混合定位算法CDHL,该算法能够在保持较少能量损耗的同时达到比较高的定位精度。针对未知节点的定位误差与邻近信标节点的关系,提出了一个未知节点的定位误差随着与信标节点的距离呈一致变化的理论,并给出了该理论的证明。针对过多节点参与信标节点可能会导致误差扩大和能量消耗严重的问题,提出了一个在未知节点进行定位计算时将信标节点层次化参考并进行坐标分级修正的方法,模拟实验证明多级坐标修正方法能够有效的提高定位精度。基于上述方法,提出一个基于坐标假设的多级修正定位算法MCL,模拟实验结果表明该算法具有较好的定位精度,且在能耗控制上优于传统算法。针对实际应用环境中可能会出现的恶意节点定位攻击问题,提出一个三维空间中基于动态分组的信标节点安全性检测算法,实验结果表明该算法能够有效的筛选出恶意定位信标节点,其查准率和查全率都比较满意。针对三维非安全定位环境,提出一个三维空间中分布式的安全定位算法DGFSL-3D,模拟实验表明该算法能够有效的屏蔽恶意定位信标节点的干扰,具有较高的定位精度。