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基于非测距的无线传感器网络自定位算法的研究

丁江鹏  
【摘要】: 近年来,无线传感器网络作为一种新兴技术,引起了人们越来越多的关注,各国均投入大量的人力物力进行研究和实践。如今,该技术已在工业、医疗、军事、航天等各个领域得到了广泛的应用。 无线传感器网络往往需要成百上千的传感器节点随机布撒于监测场景,节点协作的感知、采集和处理网络覆盖区域内监测对象的信息,并通过无线网络发送给观察者,从而完成场景监测的任务。没有位置信息的监测消息一般是毫无意义的,因此,消息事件发生的位置信息,即监测到事件的传感器节点的位置信息,对无线传感器网络应用的有效性起着关键的作用。 随机部署的传感器节点无法事先知道自身位置,因此传感器节点必须能够在布放后实时地进行自身定位。无线传感器网络自身的资源有限、可靠性差、通信距离短等特点,给传感器节点自身定位带来了很大的挑战,也使节点自身定位成为近年来的研究热点。 本文正是围绕着无线传感器网络节点自身定位这一课题进行的研究。节点定位算法可分为基于距离的定位算法和距离无关的定位算法,鉴于无线传感器网络的特点,一般采用简捷、低耗的距离无关的定位算法。 本文在典型的距离无关的DV-Hop定位算法基础上,提出了一种基于跳数比值的定位改进算法。本改进算法省去了DV-Hop算法中在网络内洪泛网络平均每跳距离的阶段,在估算位置阶段使用跳数比值替代距离比值,根据节点间的几何关系估算节点位置;并在单跳距离内引入RSSI,由RSSI计算出更为精确的比值,进一步提高了节点定位的精度。改进算法继承了DV-Hop简单易用、对节点硬件要求低、分布式计算、节点定位率高等优点,同时由于省去了洪泛网络平均每跳距离的阶段,并引入了RSSI计算更为精确的距离比值,从而大幅度的减少了定位过程中的能量消耗,提高了定位精度。 仿真结果表明,相对DV-Hop定位算法,基于跳数比值的定位改进算法在节点平均定位误差及统计方差、单个节点定位精度和稳定性等方面表现出更加优越的性能,充分说明本改进算法拥有更好的定位精度和定位鲁棒性。


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