無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法研究

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1、萬方數(shù)據(jù)分類號(hào)UDC密級(jí)學(xué)位論文無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法研究作者姓名：指導(dǎo)教師：申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：學(xué)科專業(yè)名稱：論文提交日期：學(xué)位授予日期：評(píng)閱人：孟潁輝趙宏教授東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院博士學(xué)科類別：工學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)2014年4月論文答辯日期：2014年6月答辯委員會(huì)主席：欒貴興張斌、王興偉東北大學(xué)2014年04月萬方數(shù)據(jù)ADissertationfortheDegreeofDoctorinComputerApplicationTechnologyResearchonNodeLocalizationMeth

2、odsforWirelessSensorNetworksbyMENGYinghuiSupervisor：ProfessorZHAOHongNortheasternUniversityApril2014萬方數(shù)據(jù)獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致i身}的地方外，不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名：豆御日期：2lo肜

3、．f渺學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索、交流。作者和導(dǎo)師同意網(wǎng)上交流的時(shí)間為作者獲得學(xué)位后：半年口一年口一年半口兩年口學(xué)位論文作者簽名：置銅豳繹導(dǎo)師簽名：簽字日期：晰f易f簽字日期：萬方數(shù)據(jù)東北大學(xué)博士學(xué)位論文摘要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法研究摘要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過

4、無線電通信形成一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要用來監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域中各種環(huán)境特性，比如溫度、濕度、光照、聲音、化學(xué)物質(zhì)濃度等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界融合在一起，改變了人與自然界的交互方式，廣泛應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通管理、醫(yī)療健康、軍事國(guó)防等諸多領(lǐng)域。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的許多應(yīng)用場(chǎng)合，節(jié)點(diǎn)定位是對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行目標(biāo)追蹤并做出相應(yīng)操作的基礎(chǔ)。傳感器節(jié)點(diǎn)采集所需要的信息，并把信息發(fā)送給服務(wù)器。傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)回的信息必須和位置結(jié)合才有意義，甚至有時(shí)候需要傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)回單純的位置信息。因此，節(jié)點(diǎn)定位是

5、無線傳感網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本論文對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身特點(diǎn)進(jìn)行深度的分析，并對(duì)現(xiàn)有研究成果的不足進(jìn)行改進(jìn)和補(bǔ)充，最終取得具有理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的研究結(jié)果。本論文主要工作內(nèi)容包括：(1)提出基于錨節(jié)點(diǎn)部署的無需測(cè)距定位方法，并依此設(shè)計(jì)四角DV-HOP定位算法。傳統(tǒng)的DV-HOP定位算法，每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)需要兩次全網(wǎng)絡(luò)廣播，一次用來獲得錨節(jié)點(diǎn)之間的最d,壁J6數(shù)，一次用來廣播自身單跳矯正值。兩次廣播造成較大的通信量，從而消耗了傳感器節(jié)點(diǎn)較多的能量，減少了網(wǎng)絡(luò)使用壽命。四角DV-HOP定位算法利用錨節(jié)點(diǎn)部署將無線傳感

6、器網(wǎng)絡(luò)劃分成一些小區(qū)域，通過設(shè)置一個(gè)跳數(shù)閾值將錨節(jié)點(diǎn)的兩次廣播都限制在小區(qū)域附近，未知節(jié)點(diǎn)只利用區(qū)域內(nèi)的4個(gè)錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位計(jì)算。仿真結(jié)果分析表明四角DVoHOP定位算法減少了網(wǎng)絡(luò)通信量，降低了定位誤差。(2)針對(duì)當(dāng)前無需測(cè)距定位方法定位誤差大的問題，提出基于接近度的無需測(cè)距定位方法，并設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的PNN．MAP定位算法。接近度是新定義的一個(gè)用來表示鄰居節(jié)點(diǎn)距離遠(yuǎn)近的度量值。首先根據(jù)鄰居節(jié)點(diǎn)之間的幾何特征推導(dǎo)出一個(gè)線性函數(shù)，輸入是已知的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)信息，輸出是接近度。然后用錨節(jié)點(diǎn)之問的距離和接近度計(jì)算一個(gè)接近度矯

7、正值，接近度矯正值和鄰居節(jié)點(diǎn)之問接近度的乘積作為鄰居節(jié)點(diǎn)之間的估計(jì)距離。最后根據(jù)估計(jì)距離和MDS—MAP算法計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置。仿真結(jié)果表明，PNN．MAP定位算法的估計(jì)距離誤差和定位誤差都要低于當(dāng)前同類型定位算法。(3)針對(duì)無需測(cè)距定位方法在不規(guī)則區(qū)域定位誤差大的問題，提出基于過濾參數(shù)的．TI—萬方數(shù)據(jù)東北大學(xué)博士學(xué)位論文摘要不規(guī)則區(qū)域無需測(cè)距定位方法，并設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的DPLA定位算法。首先設(shè)計(jì)距離估計(jì)算法，為了使得這種距離估計(jì)算法也適用于不規(guī)則區(qū)域，在計(jì)算矯正值時(shí)，推導(dǎo)出一個(gè)過濾參數(shù)來過濾掉受覆蓋空洞影響

8、的錨節(jié)點(diǎn)信息，從而減小估計(jì)距離誤差。在獲得估計(jì)距離之后，未知節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行定位計(jì)算的時(shí)候分兩種情況：如果是規(guī)則區(qū)域，則每個(gè)未知節(jié)點(diǎn)利用到所有錨節(jié)點(diǎn)的距離和對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)執(zhí)行最大似然估計(jì)法計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)位置；如果是不規(guī)則區(qū)域，則每個(gè)未知節(jié)點(diǎn)利用離它最近的4個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的估計(jì)距離和對(duì)應(yīng)的錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)執(zhí)行最大似然估計(jì)法計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置。仿真結(jié)果表明，DPLA定位算法在規(guī)則區(qū)域和不規(guī)則區(qū)域的估計(jì)距離誤差和定位誤差都要