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无线传感器网络中节点定位及其在农业上的应用

章浩  
【摘要】: 无线传感器网络是综合了传感器、嵌入式计算、网络及无线通信等技术的一种全新信息获取和处理技术。无线传感器网络的大量应用都依赖于节点的位置信息,如战场侦察、生态环境监测、目标跟踪以及现场监控等应用中,都需要先知道传感器节点的位置信息。因而,节点定位问题是传感器网络进行目标识别、监控、跟踪等众多应用的前提,也是无线传感器网络重要支撑技术之一。随着“数字农业”发展,无线传感器网络在农业工程中得到广泛应用。针对无线传感器资源有限及在农业工程中应用对定位算法要求,开展基于多维定标无线传感器网络定位算法研究具有理论意义和实用价值。 本文在现有计量多维定标和无线信号强度指示值的定位算法(MDS-RSSI)基础上,提出了非计量多维定标和无线信号强度指示值的定位算法(NMDS-RSSI:nonmetric multidimensional scaling-received signal strength indication)。NMDS-RSSI定位算法直接对无线信号强度指示值运用非计量多维定标算法来重构节点坐标,取代了MDS-RSSI定位算法利用节点间的测距来重构节点坐标,这样省去了MDS-RSSI定位算法中必须先把无线信号强度转换为距离再进行定位所带来的计算误差和计算量。针对NMDS-RSSI定位算法采用集中式定位计算复杂度高、可扩展性差的缺陷,提出了分布式NMDS-RSSI定位算法。分布式NMDS-RSSI定位算法结合网络分簇的思想,先把网络中的节点通过分成不同的簇来进行局部定位,再由若干局部相对坐标图合并成全局相对坐标图,从而降低了定位算法的复杂度,增强了定位算法的可扩展性。 在实际环境中由于多径、绕射、障碍物等因素会出现RSSI值的偏离情况,理论分析说明,定位算法中采用的非计量多维定标技术对此有一定的容忍性。从仿真实验和真实传感器节点上采集的RSSI值进行实验结果表明,NMDS-RSSI算法对无线信号强度出现的这种不良特性具有较好的健壮性,取得了较好的定位效果。 无线传感器网络无论是在国防军事还是国民经济各个领域均有着广阔的应用前景,尤其在温室环境测量、精准农业、大田灌溉、畜牧养殖、林业等大农业中都有很大的应用前景和推广价值。对该技术的深入研究与推广应用将推动我国农村信息化建设的进程,极大地带动相关产业和学科的发展,从而进一步提升我国的综合国力。最后本文介绍了无线传感器网络技术在农业中的应用。


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