无线传感器网络非测距定位算法研究.doc

无线传感器网络非测距定位算法研究无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN)是近几年计算机网络领域研究的热点,它是一种可以实现信息的综合采集、信息的处理和信息的传输等功能于一体的通信网络信息系统。这种系统可以随时采集各种数据和目标信息,从而促进人与物理世界之间的信息交互,在国防军用、工业制造和民用领域有着十分广阔的应用前景。而定位技术在无线传感器网络众多的关键技术中扮演着一个重要的角色。因为没有及时获得准确的位置信息,传感器节点所采集的再多数据都是没有使用价值的。也就是说,当某个事务被感应器所感测到时,就必须第一时间知道它所发生的具体地点。将定位技术划分为基于测距的(Range-Based)定位和非测距(Range-Free)的定位是目前主流的划分方式。基于测距的定位方法,通过额外的技术工具去获得未知节点到信标节点之间的距离,从而直接计算未知节点所在位置;非测距的定位方法则依靠网络中现有的信息对未知节点进行估算定位。前者的定位方法定位更加精确,但资源消耗大,所需成本高;后者的方法定位精度相对不高,但在成本和能耗上极大优于前者。目前非测距定位算法是国内外学者的研究热点,所以本文将进一步对其进行研究,具体工作如下:简述无线传感器网络定位技术的研究背景、研究意义、研究现状及相关概念。介绍几种节点定位计算方法和非测距定位算法,详细分析非测距定位算法中凸规划(Convex)算法和DV-Hop算法的误差。针对算法的不同应用场景,进而提出三种改进定位算法:(1)多通信半径与RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication)的角度优化凸规划定位算法。该算法首先使用多通信半径进行多次广播,缩小未知节点所在区域;其次,再利用RSSI感测节点信号强度,继续细化未知节点所在区域;最后通过多边形的各顶点角度值修正节点位置,从而确定最终定位结果。由于凸规划定位算法的条件是需要部署较为密集的信标节点,因此这种改进算法一般适用于监测区域范围小、要求快速部署的场景使用。(2)多通信半径与角度值加权的DV-Hop改进定位算法。该算法首先使用多通信半径修正节点之间的最小跳数,计算节点之间的路由距离;其次,求取信标节点之间路由距离与实际距离的角度值,通过该角度值剔除异常信标节点;然后求取未知节点与信标节点之间的路由距离与通信半径的角度值;最后使用角度值加权修正节点之间的平均跳距,采用极大似然法求取未知节点的坐标。DV-Hop定位算法可在信标节点比例不高的情况下完成定位,但使用多通信半径需要消耗一定的节点能量,因此这种改进算法一般适用于监测区域空旷、成本投入较低、节点可重复利用的场景使用。(3)使用RSSI与蝙蝠优化的DV-Hop改进定位算法。该算法首先使用RSSI距离转换模型计算相邻节点之间的距离,修正节点之间的最小跳数,进而计算节点之间的路由距离;其次,沿用角度值作为权值修正节点之间的平均跳距;最后将节点的定位问题转化为非线性方程组的最小值求解问题,使用改进的蝙蝠算法来求取未知节点的坐标。这种改进算法一般适用于监测区域空旷、成本投入较低、无人维护的场景使用。对文章中提出的几种算法进行仿真实验,与其他一些经典算法在同一环境中进行比较分析,结果表明本文定位算法精度均有所提升。