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基于无需测距的无线传感器网络节点定位算法研究的中期报告
中期报告
一、研究背景和意义
无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）由成百上千的微型传感器节点组成，这些节点可以自主协作并且配合流动性、无线通信和计算能力，以便实现超大规模网络的覆盖、监控、计算等任务。节点定位是无线传感器网络的基本问题之一。传感器网络的一些应用，如智能交通、智能家居、穿戴设备等，对WSN的节点定位精度要求较高。
在节点定位的问题上，传感器节点的部署位置是关键因素。最常规的定位方法是基于GPS技术，但由于GPS的信号依赖于天空中的卫星，WSN的某些应用可能难以使用该技术。当然，还有其他许多方法，但是它们耗费的能量、计算复杂度和需要的唯一硬件器件数量也很高，这使得它们不适用于WSN中无法进行专门定位的传感器节点。此外，当传感器节点在室内或深度海中时，GPS技术也无法使用。因此，需要寻求新的方法，以简化节点定位问题的解决方案。
二、研究内容和方法
本研究将研究无需测距的节点定位算法。该算法利用距离、角度和方向信息，充分利用多个无线传感器节点之间的协作和调节，推导出节点的实时位置。
基本思想是将三角形距离测量转换为角度测量。这种方法不需要直接测量距离，从而大大减少了计算和传输量。方法基于无线传感器节点的向量协作，构建虚拟基站，根据虚拟基站到节点的角度差计算节点几何位置等方法，最终推导出节点的位置（经纬度，高度）。
三、研究进展和成果
首先，我们研究了多种节点定位算法，包括基于距离测量的算法、基于角度测量的算法和基于方向测量的算法。针对每种算法，我们分析和比较它们的优缺点，并确定了其中可以应用于节点定位的最佳算法。
其次，我们对基于角度测量的算法进行了详细的研究。该算法将三角形距离测量转换为角度测量，使用该算法不需要测距，减少了传输量和计算复杂度。我们研究了算法的计算公式，确定了虚拟基站的建立和角度测量的实现。我们使用MATLAB和Contiki等软件平台对该算法进行了模拟和仿真，分析了算法的性能。
最后，我们在多个无线传感器节点验证了该算法的可行性和有效性。我们使用ATmega128L芯片，nrf24L01无线收发器和GY-291HMC5883L磁力传感器定位节点，使用LM324运算放大器计算节点的实际位置。实验结果表明，算法可以成功实现节点定位，并且实现了较高的精度要求。同时，我们还使用Python编写了可视化程序，绘制出节点实际位置和仿真位置的误差曲线图。
四、下一步工作
下一步，我们将进一步完善算法，扩大节点测试规模。我们将使用更多种类和数量的传感器节点来测试算法的可靠性和鲁棒性。此外，我们将对算法进行进一步优化，提高其计算效率和精度。我们计划在不同的场景（包括室内和深度海中）中测试算法，以进一步验证其可用性和应用范围。