距离无关的无线传感器网络节点定位方法研究

摘要

随着物联网科技的飞速发展，无线传感器网络有着越来越广泛的应用前景，如应用在国防军事、环境监测、健康医疗、智能家居和企业监控等方面。同时无线传感器网络是许多应用的基础，由于测得的数据信息与传感器节点的位置信息密切相关，因此它的定位精度是一个关键的指标。目前，尽管已经有人提出了大量的节点定位算法，但是大多数还处于理论阶段，因此节点定位仍是一个充满挑战和困难的问题。考虑到节点的成本、能量、体积等因素，未来的研究重点和难点是设计低成本、低能量消耗以及定位精度较高的传感器节点。
　　本文首先介绍了无线传感器网络技术的研究背景和研究意义以及目前国内外研究现状，阐述了基于测距和基于非测距的定位算法原理，以及定位算法的性能评价标准。然后本文重点研究了无线传感器网络中基于非测距的定位算法，在这类技术中使用最为广泛的是DV-Hop算法，其优点是算法简单，易于实现，缺点是使用平均跳距估计距离带来较大的测距误差。其改进算法CDA DV-Hop算法通过利用节点间连通性差异提高了DV-Hop定位精度，但算法复杂度较高。基于CDA DV-Hop算法，本文给出了改进的CDA D-Hop算法（简称ICDA DV-Hop算法），该算法通过限制泛洪广播跳数以及优化锚节点选择策略，减小了锚节点分布不均带来的误差，并根据同一未知节点的不同估计位置与实际位置之间的连通性差异，选出连通性差异最小的位置作为未知节点的最终估计位置。仿真结果表明ICDA DV-HOP算法有效的降低了算法的复杂度，并减少了网络通信开销。为了解决DV-Hop在定位时由测距误差带来的定位误差较大的问题，本文引入改进的粒子群算法AEPSO算法对DV-Hop算法进行优化，将未知节点与锚节点之间的估计距离和实际距离之间均方误差作为优化的适应函数，并在粒子群算法中引入自适应权重和优胜劣汰的思想，从而平衡全局和局部搜索能力以及具有较好的收敛性，仿真结果表明该算法能够有效的提高算法的定位精度。最后将ICDA DV-HOP算法与AEPSO DV-Hop两种算法相结合，利用AEPSO算法对ICDADV-HOP算法的定位结果进行优化，仿真结果表明改进算法具有较好的收敛速度且具有较高的定位精度。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3 论文结构安排

第二章 无线传感器网络定位技术

2.1无线传感器网络简介

2.2无线传感器网络定位算法

2.3节点位置的基本计算方法

2.4定位算法性能评价指标

2.5本章小结

第三章 改进的基于节点连通性差异的DV-HOP算法

3.1 DV-Hop算法分析

3.2 基于节点间连通性差异的DV-Hop算法

3.3改进的CDA DV-Hop算法

3.4 ICDA DV-HOP仿真与结果分析

3.5 本章小结

第四章 基于粒子群优化的DV-HOP算法

4.1 粒子群算法分析

4.2基于AEPSO优化的定位算法

4.3仿真与结果分析

4.4本章小结

第五章 基于ICDADV-HOP的AEPSO优化

5.1 ICDA DV-HOP算法与AEPSO优化算法对比

5.2基于ICDA DV-HOP的AEPSO优化算法

5.3 算法仿真分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢