無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自定位算法研究

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1、西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第3頁1．3本論文的主要研究內(nèi)容無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是信息獲取傳感、信息傳輸與信息處理三大領(lǐng)域技術(shù)相互融合的產(chǎn)物。人們可以通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)直接感知真實(shí)客觀的物質(zhì)世界，從而極大地?cái)U(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)的功能和提高了人類認(rèn)識(shí)世界的能力，也必將極大地推動(dòng)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，并帶來社會(huì)的深刻變革，逐步引領(lǐng)社會(huì)步入“網(wǎng)絡(luò)即傳感器’’的傳感時(shí)代。作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一的節(jié)點(diǎn)自定位技術(shù)，本身具有一定的研究價(jià)值。本論文的工作是圍繞著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身定位算法這一嶄新的課題進(jìn)行的，論文的研究內(nèi)容安排如下：第一章主要介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其定位技術(shù)的研究背景、研究意義和研究現(xiàn)狀。第二章

2、概述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及節(jié)點(diǎn)的軟硬件結(jié)構(gòu)，定位技術(shù)的性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、分類，總結(jié)了近年來典型的定位系統(tǒng)和算法。第三章詳細(xì)介紹了一種基于差分的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位算法。該算法分為HopCount算法和HopDistance算法，分別對(duì)這兩種算法進(jìn)行了分析與研究。并把這種差分的思想運(yùn)用到DV-Hop算法中，進(jìn)行了改進(jìn)和仿真比較。．第四章提出了一種基于協(xié)作的定位算法。對(duì)協(xié)作算法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并對(duì)協(xié)作的質(zhì)心算法和原始算法進(jìn)行了仿真，做了性能比較。最后，總結(jié)全文，并展望未來的研究工作。西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第4頁第二章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)2．1無線傳感

3、器網(wǎng)絡(luò)概述傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前國際上倍受關(guān)注的、由多學(xué)科高度交叉的新興前沿研究領(lǐng)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對(duì)象的信息，通過嵌入式系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行處理，并通過隨機(jī)自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將所感知信息傳送到用戶終端，從而真正實(shí)現(xiàn)“無處不在的計(jì)算”的理念。傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究采用系統(tǒng)發(fā)展模式，因而必須將先進(jìn)的微電子技術(shù)、微加工技術(shù)、系統(tǒng)SOC芯片設(shè)計(jì)技術(shù)、納米材料與技術(shù)、現(xiàn)代信息通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相融合，以實(shí)現(xiàn)其微型化、集成化、多功能化及系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)

4、化，實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)特有的低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)。傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事國防、環(huán)境觀測預(yù)報(bào)、醫(yī)療護(hù)理、智能家居、建筑物狀態(tài)監(jiān)控等許多領(lǐng)域都有重要的科研價(jià)值和巨大的實(shí)用價(jià)值，已經(jīng)引起了世界上很多國家的高度重視。2．1．1傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在不同的應(yīng)用中，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的組成不盡相同。但是一般都包括傳感器節(jié)點(diǎn)(sensornode)、匯聚節(jié)點(diǎn)(sinknode)和管理節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)散布在指定的感知區(qū)域內(nèi)，這些節(jié)點(diǎn)通過自組織方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作的方式感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中特定的信息，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任意地點(diǎn)信息在任意時(shí)間的采集，處理和分析。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以收集數(shù)據(jù)，并通過“多跳"路

5、由方式把數(shù)據(jù)傳送到Sink節(jié)點(diǎn)。Sink節(jié)點(diǎn)也可以用同樣的方式將信息發(fā)送給各節(jié)點(diǎn)。Sink節(jié)點(diǎn)直接與Intemet或通信衛(wèi)星相連，通過Intemet或通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)(觀察者)與傳感器之間的通信，如圖2．1所示。西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第5頁匱Taskm虱anager圖2．1一個(gè)典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2．1．2傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊四部分組成，如圖2．2所示。傳感器模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，被監(jiān)測物理信號(hào)的形式?jīng)Q定了傳感器的類型；處理器模塊負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作，存儲(chǔ)和處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其它節(jié)

6、點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，處理器通常選用嵌入式CPU；無線通信模塊負(fù)責(zé)與其它傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信，交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)，主要由低功耗、短距離的無線通信設(shè)備組成；能量供應(yīng)模塊為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量，通常采用微型電池。傳鹱器楱塊．黼蘢線通信模塊匿鬲刊m畫一虱i臣瑤器H?H圈h強(qiáng)竺lJ-一一一一一j；二==!-j{一一一一一一JI一一一一一㈣，·I‘N·一一●能麓供窿模塊圖2．2傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第6頁2．1．3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)目前常見的無線網(wǎng)絡(luò)包括移動(dòng)通信網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)、Adhoc網(wǎng)絡(luò)等，與這些網(wǎng)絡(luò)相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：0)N絡(luò)節(jié)點(diǎn)

7、密度高，傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，單位面積內(nèi)所擁有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，可以分布在很廣泛的地理區(qū)域。無需底層基礎(chǔ)設(shè)施，成千上萬的傳感器節(jié)點(diǎn)被拋撒或放置在特定區(qū)域后，自動(dòng)完成鄰居發(fā)現(xiàn)和路由發(fā)現(xiàn)，以自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。(2)傳感器節(jié)點(diǎn)要求小型化和微型化，且網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備容錯(cuò)能力以適應(yīng)惡劣的環(huán)境，由于其攜帶的電池能量有限，為盡可能地延長傳感器節(jié)點(diǎn)的使用壽命，其鄰居節(jié)點(diǎn)間一般采用低功耗短距離無線通信，非鄰居節(jié)點(diǎn)間采用多跳方式通信。(3)通信能力有限。WSN的通信帶寬