无线传感器网络基于移动信标优化路径的定位算法研究_毕业论文(编辑修改稿)

无线传感器网络基于移动信标优化路径的定位算法研究_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

............................. 13 Common Rangefree Nodes Localization Algorithm .............................. 16 Summary of This Chapter .................................................................................. 18 Chapter 3 Localization Algorithm based on Mobile Beacon ................................. 19 Improving DVHop Algorithm base on Mobile Beacon .................................... 19 DVHop Localization Algorithm.............................................................. 20 Nodes Localization Algorithm base on Mobile Beacon .......................... 23 Simulation Result ..................................................................................... 26 Improving DVHop Algorithm base on Mobile Beacon Dynamic Selection ..... 28 Analysis the Error Resource of DVHop Averager Hop Distance ........... 29 The Process of the Improving Localization Algorithm ........................... 31 Simulation Result ..................................................................................... 34 Summary of This Chapter .................................................................................. 35 广东工业大学硕士学位论文 VIII Chapter 4 Mobile Beacon Moving Path Optimization ........................................... 36 Analysis the Moving Model of Mobile Beacon ................................................. 36 RWP(Random Way Point) Moving Model .............................................. 36 GaussMarkov Moving Model ................................................................. 37 Spire Moving Model ................................................................................ 38 Mobile Beacon Moving Path Optimization for WSNs....................................... 38 Mobile Beacon Path Planning base on Graph Theory ............................. 39 Simulation of the Mobile Beacon Path Planning ..................................... 40 Summary of This Chapter .................................................................................. 42 Chapter 5 Simulation of Localzaition Algorithm base on Mobile Beacon............ 43 Introduction of Simulation Tools and Environment ........................................... 43 Introduction of OMNeT++ ...................................................................... 43 Localization Algorithm Performance Evaluation and Analysis ............... 44 Localization Algorithm Design base on Mobile Beacon.................................... 45 Programming and Modeling Localization Algorithm .............................. 46 Programming the Process of the Localization Algorithm ........................ 51 Performance Evaluation and Analysis of the Localization Algrithm base on Optimize Path ........................................................................................................... 52 Summary of This Chapter .................................................................................. 55 Conclusion and Prospect ........................................................................................... 56 References ................................................................................................................... 57 Published Papers ........................................................................................................ 60 Participant Projects ................................................................................................... 61 Original Creative Statement ..................................................................................... 62 Acknowledgements..................................................................................................... 63 第一章 绪 论 1 第一章 绪 论 本论文的研究背景 及 意义 研究背景 与意义 无 线传感器网络综合了传感器、嵌入式计算、分布式信息处理和无线通信等技术，由许多相同或不同类型传感器节点通过无线通信实现自组织，形成分布式自治网络。 它打破了传统的点对点的数据信息交互方式，带来了一种全新的信息获取和处理模式 [1]。 无线传感器网络 (Wireless Sensor Networks， WSN)是由部署在监测区内 大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内感知对象的信息，并传送给观察者 [2]。 传感器网络节点在部署时往往是不可控制的，比如在大型的无线传感器网络应用中，通常将节点撒播在很广的区域里，网络中大部分的节点的位置是未知的，事先不能确定，但无线传感器网络的大多数应用都需要知道网络中节点的位置信息，才可能获取到网络中事件的发生位置和信息来源位 置。 因此， 定位是无线传感器网络的主要应用领域之一，对于大多数应用，不知道节点位置而感知的数据是没有意义的。 只有在传感器节点自身正确定位后，才能确定传感器节点监测到的事件及信息发生的具体位置 [3]。 节点必须明确自身位置才能详细说明“在什么位置或区域发生了特定事件”，实现对外部目标的定位和追踪。 此外，在设计路由协议时利用 节点位置信息还可以提高路由效率，为网络提供命名空间，向 网络 部署者报告网络的覆盖质量，实现网络的负载均衡 以及网络拓扑的自配置 [4]。 因此，节点的定位问题已经成为无线传感器网络的一个重要的研究方向。 传感器节点自身定位就是一种通过估计至邻居节点的距离或邻居数目，利用节点间的信息交换来确定各节点自身位置的机制。 在传感器网络中，节点能够自主确定位置被认为是其基本能力和系统的基本服务之一。 对于 WSN 来说，人工广东工业大学硕士学位论文 2 部署或为所有网络节点配置 GPS 装置都会受到成本、功耗、拓展性等问题的限制，因此，寻求 WSN 自身定位机制成为许多研究机构 和学者共同探讨的问题 [4]。 无线传感器网络中，根据定位过程中是否实际测量节点间的距离，把定位机制分为：基于测距的 (rangebased)定位和距离无关的 (rangefree)定位方法 [5]。 前者需要测量相邻节点间的绝对距离或方位，然后利用该实际距离来确定未知目标节点位置；后者则仅利用节点间距离关联关系计算目标节点位置。 Rangebased算法通过测量相邻节点间的实际距离或方位进行定位，测量距离的具体的方法有Time of Arrival(TOA) [6] ， Time Difference of Arrival(TDOA)[7] ， Radio Signal Strength(RSSI)[8] 和 Angle of Arrival(AOA)[9] 等。 Rangebased 算法能够实现精确定位，但由于需要在节点中加入 GPS 或其它附加的测距的硬件设备，在实际应用中所需的成本较高。 而 Rangefree 定位算法由于降低了对节点硬件的要求，引起了更多的关注，典型算法有 DVHop[10] 算 法 ,基于 RSSI 的 DVHop[11] 算法 ,基于连通性的定位算法 [12] 等。 目前基于距离的定位算法都是利用静态的几何关系来确定节点位置，且对信标节点的布置和密度要求高，如三边、多边测量定位、基于角度测量定位等算法，都需要移动节点至少获得 3 个或者 3 个以上信标节点提供的坐标和距离 [13]。 另一种思想则是使信标或者 信标 运动起来，通过带有 GPS 的已知位置的移动 信标按某一规划好的路径或运动模型遍历未知节点的区域，并发送定位信号，其它节点获取这些信号来进行定位计算。 动态算法的研究是最近兴起的一个热点，理论还不完善，有别于静态算法所涉及的都是固定节点，其主要是讨论对传感网中移动节点定位的方法 [14] ，包括待测节点的运动和信标节点的运动。 当然从理论上讲，完全可 以借鉴静态已有的成熟算法，计算出特定时刻的节点位置，但因为节点的运动，对定位算法的实时性要求较高，通常的改进方法是加入对节点运动的预测估计 [15] ，或是使定位算法能自动适应不同节点运动的方式，从而提高对运动节点的定位准确性。 虽然节点的移动性使定位过程复杂化，但是利用节点的移动性可提高定位精度，减少定位代价。 在 Bergamo 等的研究中，网络中有 2 个固定的 信标 向全网传送坐标信息，其余处于运动状态的节点根据接收到的信号强 度进行自身定位[16]。 国内外学者对定位问题进行了大量研究，提出了几种比较典型的定位算法第一章 绪 论 3 [17]。 但这些算法普遍存在以下局限 [18] ：① 依赖特殊硬件的支持；② 需要特殊的网络拓扑结构。 而在无线传感器网络中引入移动节点，可以增强其功能。 如文献 [19] 通过将几个未知节点移动到网络节点密度相对。