基于锚节点动态调整的传感器网络移动节点定位系统的研究

摘要

无线传感器网络综合了传感器、嵌入式计算、分布式信息处理和无线通信等技术，由许多相同或不同类型传感器节点通过无线通信实现的自组织网络。无线传感器网络里的节点通过协作地实时监测、感知和采集覆盖区域内的各种环境或对象信息，获取详尽而准确的信息，再通过无线通信协议把这些信息传送给用户，从而扩展人们的信息获取能力。它打破了传统的点对点的数据信息交互方式，带来了一种全新的信息获取和处理模式。 无线传感器节点定位技术是无线传感器网络的关键技术之一，它应用在无线传感器网络系统的大多数领域，如：目标监测与跟踪、路由位置信息的获取等。另外，利用节点的定位信息，灵活地选择在网络理想的区域传播任务和信息，有效减少数据堵塞和能量的消耗。但是目前的研究成果大部分都是基于静态网络的，对移动节点定位研究相对较少，而且定位效果不理想。 针对这种情况，本论文对基于锚节点动态调整的传感器网络移动节点定位系统进行了研究，该系统能够实现移动节点的高效率定位。文章分别从嵌入式硬件平台的硬件设计，移动节点定位算法，以及定位系统的程序设计与实现三方面来对该系统进行研究。本文的主要完成的工作有： 1、归纳常用的静态和移动节点定位算法，整理这些算法的优缺点，提出目前移动定位算法需要改进的地方。 2、提出基于VWMC（Voronoi and Weight Monte Carlo Method）的传感器网络移动节点定位算法，该算法在MCL（Monte Carlo Localization）算法的基础上加入Voronoi图和权值分析技术。仿真证明，相对于MCL算法，基于VWMC的传感器网络移动节点定位算法提高了移动节点定位的精度和效率。 3、结合基于VWMC的传感器网络移动节点定位算法以及锚节点动态调整策略，提出了基于锚节点动态调整的传感器网络移动节点定位算法，提高了算法对外界干扰的抵御能力。 最后将基于锚节点动态调整的传感器网络移动节点定位算法移植到嵌入式平台上，建立包括移动智能节点，汇聚节点和上位机的基于锚节点动态调整的传感器网移动节点定位系统。实验证明，基于锚节点动态调整的传感器网络移动节点定位系统既改善了定位的精度，又减少了定位算法的计算量，实现传感器网络移动节点更快速更准确的定位。

目录

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英文文摘

声明

第一章绪论

1.1本论文的研究背景及意义

1.1.1研究背景与意义

1.1.2课题来源

1.2国内外研究现状

1.3本论文的主要研究内容与结构

第二章传感器网络移动节点定位系统的硬件平台

2.1硬件概述

2.2传感器网络移动智能节点的硬件构造

2.2.1微处理器(MCU)

2.2.2射频模块CC2420

2.2.3传感器接口及常用的传感器

2.3传感器网络汇聚节点的硬件构造

2.3.1处理器的选型

2.3.2存储系统

2.3.3应用模块的扩展

2.4本章小结

第三章传感器网络常用节点定位算法

3.1常用的静态节点定位算法

3.1.1测量定位算法

3.1.2定位方式的实现

3.2常用的移动节点定位算法

3.2.1 MCL定位算法

3.2.2 SMCL定位算法

3.2.3基于栅格法的MCL定位算法

3.2.4 MSL定位算法

3.3本章小结

第四章基于锚节点动态调整的传感器网络移动节点定位算法

4.1基于VWMC的传感器网络移动节点定位算法

4.1.1 Voronoi图

4.1.2航位推算法

4.1.3基于VWMC的传感器网络移动节点定位算法的实现

4.1.4仿真结果及其存在的问题

4.2基于锚节点动态调整的传感器网络移动节点定位算法

4.2.1锚节点动态调整策略

4.2.2基于锚节点动态调整的传感器网络移动节点定位算法的实现

4.2.3仿真结果

4.3本章小结

第五章基于锚节点动态调整的传感器网移动节点定位系统的实现

5.1实验环境和工具

5.2基于锚节点动态调整的传感器网移动节点定位系统的设计

5.2.1传感器网络移动智能节点程序设计

5.2.2传感器汇聚节点程序设计

5.2.3上位机程序设计

5.3基于锚节点动态调整的传感器网移动节点定位系统的实现

5.4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

攻读学位期间参加的科研项目

致 谢

附录