基于山区地形的无线传感器网络节点定位算法研究

摘要

随着传感器技术、微机电系统、现代网络以及无线通信等技术的进步，具有感知能力的、分布式信息处理能力的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)应运而生，得到了极大的发展，并且在很多领域都有广泛的应用前景。这种网络可被广泛的应用于森林防火预警、环境监测和预报、地质灾害监控等诸多应用中，WSN节点被随机部署，通常都是部署在一些山地地形上，而WSN中的定位问题是实现这些应用的基础，所以本文基于山区地形的无线传感器网络节点的定位算法具有重大的意义。
　　本文所进行的研究内容如下：
　　(1)论文在查阅了大量相关文献的基础上，介绍了基于WSN定位技术的国内外研究现状，概述了WSN技术的体系结构及其协议结构，掌握WSN节点定位的基本概念及其性能评价标准。着重介绍了非测距（Range-free）的定位机制中具有代表性的几种算法，并进行了性能比较分析。
　　(2)对无线传感器网络的节点质心定位算法进行了改进。传统的质心定位算法运用到山区地形上时，计算出的未知节点位置往往不在山区表面，与实际位置相比，还是会存在一定的定位误差。改进的质心定位算法是基于山区地形的数学模型，在计算出未知节点位置后再投影到山区表面，投影点作为矫正后的未知节点位置。通过MATLAB模拟仿真实验，说明了质心定位算法定位误差受信标节点数量、通信半径的影响，而改进的质心定位算法有效的改善了定位精度。
　　(3)对非测距的定位算法DV-Hop进行了改进。传统的DV-Hop算法直接运用到山区地形定位时，也会出现计算的未知节点位置不在山区地形的表面，偏离实际位置。改进的DV-Hop定位算法基于山区地形的数学模型，将计算点在山区表面的投影点作为矫正后的位置。同时，考虑到实际山区地形通常较为复杂，无法用单独的数学模型表示，或者数学表达模型过于复杂，计算投影点较为复杂，所以提出了一种最短距离点矫正的DV-Hop定位算法。通过MATLAB模拟仿真实验，说明了两种改进的DV-Hop定位算法有效改善了定位精度，能够满足实际山区地形的定位需求。