基于无线传感器网络节点部署优化的室内定位研究

【摘要】：物联网技术的兴起推动了定位、导航等基于位置服务(LBS)的发展,人们对于商场、地下矿井、停车场等室内精确定位的需求也与日俱增。当前学术界对于室内定位的研究多集中于定位技术的融合或定位算法的改进,但是存在着定位精度低、成本高、实时性低以及算法复杂度高的问题。通过优化室内无线传感器网络(WSN)的节点部署可以在不融合额外定位技术、不增加定位算法复杂度的情况下,提升室内定位精度、减少无线传感器网络节点部署成本,为解决以上问题提供了可能。本文以最大化有效覆盖率、最小化无线传感器网络节点部署成本为目标,基于无线传感器网络节点部署优化对室内定位进行研究,主要的研究工作包括:(1)WSN节点部署优化研究。针对由于现有室内定位系统WSN节点均匀部署方案有效覆盖率低而导致的定位误差大的问题,本文构建了WSN节点部署优化模型,并使用NSGA-Ⅱ算法求解该模型。通过实验结果表明,当迭代10000次之后,在相同实验条件下,相较于采用WSN节点均匀部署方案的室内定位系统,采用WSN节点优化部署方案的室内定位系统的定位精度提升了28.96%。(2)复杂环境下的WSN节点部署优化研究。针对室内环境中由于障碍物对信号的遮挡导致定位误差增加的问题,本文通过引用障碍物感知模型对WSN节点部署优化模型进行改进。仿真实验结果表明,在迭代1000次之后,改进后的节点优化模型提供的部署方案的有效覆盖率比相同实验条件下的节点均匀部署方案高出了13.37%,比改进前模型提供的部署方案高出了7.51%。(3)室内定位系统与WSN节点部署可视化系统设计与实现。基于研究内容(1)和(2)的实际需求,进一步研究开发了室内定位系统与WSN节点部署可视化系统。室内定位系统能够实现室内WSN覆盖范围内任意位置的定位功能,节点部署可视化系统具有将节点部署方案可视化的功能,能够提高WSN节点的部署效率。