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基于RSSI值的无线传感器网络三维定位算法的研究

杨斌  
【摘要】: 无线传感器网络(WSN)作为一种由大量结构简单、价格低廉的微型传感器集成无线通信接口所组成的网络,它在环境监测、灾难救助、目标跟踪、医疗监护等领域都有广泛的应用前景。在这些应用中,节点的位置信息对传感器网络的监测活动至关重要。事件发生的位置是传感器节点监测消息中所包含的重要信息,没有位置信息的监测消息往往毫无意义。同时,无线传感器网络的一些协议比如基于地理信息的路由也需要定位信息作为支撑。因此,节点自定位技术是无线传感器网络的重要研究内容之一,具有非常重要的理论意义和实际应用价值。 目前应用于传感器网络节点定位的技术主要有基于测距(Range-based)和无需测距(Range-free)定位技术。前者精度较高,但需要额外地硬件开销;而无需测距(Range-free)定位技术在不需要复杂硬件设备的情况下能提供足够的定位精度,不需知道运动节点到锚节点的距离或进行距离测量。针对WSN这种特殊的自组织网络,这两种定位技术得到科研者的广泛关注。而在本文中,我们重点研究了在ZigBee器件组成的无限传感器网络中采用基于测距的三维空间无线传感器网络定位算法。 目前,针对不同的问题和应用,人们已经提出了很多无线传感器网络节点自身定位算法。典型的非测距定位算法如质心算法、凸规划、APS、APIT等,这些算法均基于二维平面应用而设计,并且较难扩展到三维空间。然而从实际应用的角度考虑,无线传感器网络往往部署在三维空间,比如在海洋环境监测中,在海平面下不同深度部署传感器节点,进行水温、盐度、洋流、潮汐探测等。这些三维应用具有更加复杂的网络拓扑结构,需要更加健壮的定位算法进行立体空间定位。为了增强定位算法的实用性,研究在三维空间内的无线传感器网络节点定位算法更具有实际意义。然而目前,对于三维空间内无线传感器网络节点的定位问题,在国际上还没有一种公认的有效的解决办法。本文将在现有的定位算法基础上提出一种基于三维空间定位算法,并利用OpenCV对其进行仿真验证,仿真结果表明:算法具有普遍适用性,无需运动节点间相互通信,具有较小通信开销,不依赖于锚节点比例,进一步促进了无线传感器网络的应用与发展。


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