基于RSSI的无线传感器网络定位系统研究

摘要

无线传感器网络是由分布于一定区域内用于监测特定环境信息的无线传感器网络节点组成的。它是MEMS、无线通信、嵌入式系统和传感器等技术融合发展的产物，作为一种新兴技术，无线传感器网络已经在军事国防、办公自动化、工业监控、环境保护和医疗护理等领域得到了广泛的应用。定位技术作为无线传感器网络三大关键技术之一，它对全面监控环境信息起着非常重要的作用。 本文给出了无线传感器网络定位方法的分类及评价标准，同时也给出大范围节点定位的方法。在综合考虑传感器节点体积、功耗、成本等因素的基础上，采用基于RSSI(接收信号强度指示)技术作为节点间的距离测量方法，通过建立数学模型给出了距离和RSSI的对应关系，同时分析了RSSI的影响因素。文章给出的定位算法包含两个阶段：测距阶段和定位阶段。当节点通过RSSI数学模型完成第一阶段测距之后，采用三边法和极大释然估计法计算节点自身坐标。通过用Matlab建立的传感器网络定位仿真模型，分析了测距误差和网络连通度对定位误差的影响，利用CC2420通信模块和LPC2138微控制器作为网络节点的硬件平台进行单跳和多跳定位实验。本文详细地阐述了嵌入式无线传感器网络基于RSSI测距、定位和仿真的设计过程。 论文最后对无线传感器网络节点定位进行了测试，验证了整个无线传感器网络定位算法的性能和精度。本文给出的无线传感器网络定位算法具有功耗低、定位便捷、可升级性等特点，它不仅提供一个深入研究无线传感器网络定位的方法也可以为其多领域应用提供参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1论文的背景及研究意义

1.1.1论文的研究背景

1.1.2论文的研究意义

1.2无线传感器网络特点及应用

1.2.1无线传感网络概述

1.2.2无线传感器网络的特点

1.2.3无线传感器网络的应用

1.3无线传感器网络国内外研究现状

1.4本文研究内容及论文结构

2无线传感器网络节点定位方法分类及评价标准

2.1节点定位方法分类

2.2粗粒度定位方法

2.2.1二元探测法(Binary proximity)

2.2.2质心法(Centroid calculation)

2.2.3几何约束法

2.2.4近似三角形内点测试法(APIT)

2.3细粒度定位方法

2.3.1基于RSSI的测距方法

2.3.2基于TDOA的测距方法

2.3.3到达角度(AOA)

2.4大范围网络定位方法

2.4.1基于几何约束的方法

2.4.2基于RSSI的协同估计

2.4.3多跳距离估计方法

2.5定位算法的评价标准

3传感器网络节点测距技术

3.1节点硬件平台简介及RSSI影响因素

3.2 RSSI传统建模方法

3.3节点RSSI测距实验及建模

3.4本章小结

4传感器网络节点定位算法

4.1定位算法简介

4.2传感器网络软件架构

4.2.1定位算法数据结构及数据帧格式

4.2.2定位算法程序设计

4.3传感器网络定位算法定位实验

4.4传感器网络后台管理软件

4.4.1后台管理软件简介

4.4.2后台管理软件MST-1

4.5本章小结

5基于RSSI的定位算法仿真

5.1网络模型参数

5.2基于RSSI单跳定位算法仿真

5.3基于RSSI多跳定位算法仿真

5.3.1基于网格式分布的节点多跳定位仿真

5.3.2基于节点随机分布的多跳定位仿真

5.3.3本章小结

结 论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢