基于RSSI的无线传感网络三维定位方法研究

摘要

随着无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)技术的发展，其被广泛应用于国防军事、环境监测、交通管制、医疗卫生等诸多领域。在无线传感器网络的各种应用中，节点位置信息对传感器网络的监测活动至关重要。但大多数情况下，传感器节点被随机地部署在监测区域内，无法预先知道自身的地理位置。如海洋、湖泊环境监测中，每个监测节点处于不同深度的水域感知温度、盐度、压力和水流情况等。依靠全球定位系统(Global Positioning System，GPS)的定位方法由于受到硬件成本与应用环境等因素的制约，已不能完全满足人们的需求；且随着定位应用的需求一步步提高，节点二维定位已不能满足实际应用的要求，因此需要进行节点三维空间定位。课题来源于江西省自然科学基金项目，研究基于RSSI的无线传感器网络节点三维定位方法。
　　本文介绍了常用无线传感器网络节点三维定位算法，详细分析了基于RSSI测距方法的粗差问题，在此基础上，提出一种基于链路质量指标LQI置信度的三维定位求精算法(Novel Refinement Algorithm Based on LQI Confidence for Three-Dimensional Localization,3D-RABLC)。首先，该算法对定位区域进行簇结构划分，建立以簇为单位的定位区域；其次，采用锚节点计算路径损耗指数，通过RSSI信号测距模型变换获取待定位节点之间距离关系；再次，基于LQI对RSSI值进行置信度划分，通过建立三维多跳求精模型、弥补求精的方法，基于置信度高的RSSI值修正置信度低的RSSI值；最后，通过使用集中式多维定标(Multidimensional Scaling,MDS)算法计算待定位节点之间三维空间相对坐标，并根据三维空间向量关系进行全局坐标转换。
　　本文通过大量节点实验，获得节点间一跳RSSI值与距离的关系、LQI与包错误率的关系，依此划分LQI置信度；分别在室内和室外对设计的3D-RABLC算法进行实验验证，结果表明，该算法大大降低了RSSI测距误差，比已有三维定位算法具有更好的定位精度。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

1.4论文结构

第2章 无线传感器网络定位技术相关研究与分析

2.1 定位问题的相关概念

2.2 定位算法的分类

2.3 节点间测距的基本方法

2.4 节点定位基本原理

2.5 典型定位算法与分析

2.6 小结

第3章 LQI置信度划分

3.1 开发环境

3.2 RSSI与距离关系

3.3 LQI与PER分析

3.4 LQI置信度区间划分

3.5 小结

第4章 3D-RABLC算法设计与实验分析

4.1 概述

4.2 簇区域模型建立与分析

4.3 基于RSSI测距

4.4 基于LQI值，修正RSSI值

4.5 三维坐标求解

4.6 全局坐标转换

4.7 实验分析

4.8 小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间研究课题与得奖情况

攻读硕士期间发表论文、专利与著作权情况

致谢