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WSN无线传感网络定位技术的研究

徐增友  
【摘要】: 随着CDMA等蜂窝网络的发展,蜂窝移动通信系统也得到迅猛的发展。无线定位技术得到了广泛的应用,网络中基于移动台位置的服务,如公共安全服务、紧急报警服务、基于移动台位置的计费、车辆和交通管理、导航和无线资源管理的改进等,无不与移动台的定位有关。对移动台的定位主要是在无线传感器网络(WSN)中来进行的。 对节点的定位是无线传感器网络的一个研究重点,是基于目标位置的系统和服务的基础。因此,对无线传感器网络中的节点定位的研究有着重要的意义。 本文首先对无线传感器网络进行了概述,介绍其结构和特点,然后对其节点的定位问题进行了研究。目前对节点的定位主要分为基于距离测量值(range based)和无需测量距离(range free)两种方式。在实际的系统中,信号的传播并不总是沿着视距(LOS)传播,当信号遇到障碍物时,将以散射和折射等方式传播,即沿非视距(NLOS)传播,非视距传播会引进非视距误差,影响对节点的定位精度。近年来,国际上出现了很多抑制和消除非视距误差的文献,提出了很多非视距环境下的定位算法,主要可概括为三类:第一类是视距重构算法,即根据测量参数的某些特征,判断是否为视距传输,如果不是视距传输,利用某种规则,重构视距环境下的测量值。第二类是非视距加权,即对测量值进行非视距判别,然后对接收信号进行加权,加权规则是对视距信号添加大的权值,对非视距信号添加小的权值,从而减小非视距误差对定位精度的影响。第三类是对接收信号进行判决,选出视距传播信号,采用视距信号进行定位。 本文主要对后两类方法进行研究,第二类算法比较经典的是Pi-Chun Chen提出的残差加权(Rwgh)算法,第三类方法比较经典的是Yiu-Tong Chan提出的基于残差检测(RT)算法,由于在判决时,对每一组合还要进行子分组,因此当已知节点数目较大时,其计算量是相当庞大的。本文针对RT算法计算复杂度高的特点,创新性的提出了一种简化RT计算复杂度的残差检测算法(SRT),在每一步判决信号组合是否为视距信号组合时,通过一定的规则,选出一个信号作为视距信号,在进行下一步的判决时,可将不包括视距信号的信号组合排除在外,继续选择视距信号,当得到4个视距信号时就可进行定位计算,通过不同信号的组合进行优选,大大降低了算法的计算复杂度。 本文主要通过MATLAB对算法在不同的环境和不同的参数下的性能进行了全面的仿真比较,结果表明,SRT算法的性能接近于RT算法的性能,且SRT能大大降低RT算法的计算复杂度,在各种仿真条件下,算法都能符合定位的要求。


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