大型公共场所的无线传感器网络节点定位

摘要

以全球定位系统(Global Positioning System，GPS)为代表的卫星定位技术尽管已能在室外开阔环境提供高精度的定位服务，但在室内、地下等封闭环境下，由于卫星定位信号受到障碍物阻挡、多径传播等因素影响，难以有效定位。而无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)定位技术因其成本低，易实施，抗干扰性强等优点已经成为大规模室内公共场所定位的一个重要研究方向。由于它具有大规模、自组织、多种多样的感知能力、强鲁棒性和高容错性等诸多优点，被广泛应用于军事、医疗、智能家居、工农业、灾难管理等众多领域。在几乎所有的应用场景中，定位技术都是最重要最不可或缺的技术之一。
　　在无线传感器网络的定位技术中，应用比较多的是基于测距(Rang-based)的定位技术和基于非测距（Rang-free）的定位技术。基于测距的定位技术是需要直接测量出空间内节点间的距离或角度信息，然后通过相关几何算法来确定网络节点的位置，因此定位精度比较高，但是对硬件的要求比较高;而基于非测距的定位技术相对来说比较简单，无需测量节点之间的实际距离，成本比较低，因此它的发展十分迅速。本文主要对无线传感器网络非测距定位算法中的DV-Hop定位算法进行深入的研究和改进，其中主要的创新型工作包括:对大型公共场所的定位需求和经典的非测距定位算法DV-Hop进行深入研究与分析。通过对现有的大量相关DV-Hop改进算法进行总结;提出一种基于固定信标节点的非线性最小二乘优化定位算法，即RHDV-Hop(Rectangular Hybrid DV-Hop)定位算法。新型算法针对DV-Hop定位算法的误差来源，主要做出以下优化与改进:首先，将传统的随机抛撒节点这一布局方式改为将信标节点固定在监测区域外围形成信标节点环;其次，根据信标节点与未知节点的部署比例，即平均跳数，进行选取合适的平均每跳距离作为全局平均每跳距离进行距离计算;最后，采用非线性最小二乘优化算法Levenberg-Marquardt对未知节点坐标进行优化计算。通过实验仿真表明，RHDV-Hop定位算法与原始算法相比，更加适合大型室内公共场所，并且定位精度有明显的提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 室内定位技术及应用现状

1．2．2 无线传感器网络现状

1．3 论文主要内容及结构安排

第二章 无线传感器网络及定位技术概述

2．1 无线传感器网络概述

2．1．1 无线传感器网络定义

2．1．2 无线传感器网络体系结构

2．1．3 无线传感器网络的特点

2．2 无线传感器网络定位技术概述

2．3 无线传感器网络的几种定位技术

2．3．1 无线传感器网络定位算法分类

2．3．2 几种无线传感器网络定位算法

2．3．3 节点位置计算的几种方法

2．4 本章小结

第三章 DV-Hop定位算法介绍及误差分析

3．1 DV-Hop定位算法介绍

3．1．1 DV-Hop定位算法的特点

3．1．2 DV-Hop定位算法的具体步骤

3．2 DV-Hop定位算法仿真和误差分析

3．2．1 DV-Hop算法的仿真

3．2．2 DV-Hop定位算法的误差分析

3．3 基于DV-Hop定位算法的相关改进

3．4 本章小结

第四章 DV-Hop算法的分析与改进

4．1 DV-Hop算法在大规模公共场所运用的优缺点

4．2 DV-Hop定位算法的改进

4．2．1 信标节点部署方式的改进

4．2．2 平均跳数的概念及设计方式

4．2．3 非线性最小二乘优化算法

4．3 改进的DV-Hop算法

4．4 本章小结

第五章 仿真实验与结果分析

5．1 MATLAB简介

5．2 仿真环境概述

5．3 仿真结果与分析

5．3．1 不同网络规模的仿真结果比较

5．3．2 不同信标节点数量的仿真结果比较

5．3．3 不同未知节点的仿真结果比较

5．4 改进DV-Hop算法在大型公共场所定位系统中的应用

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 前景展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢