无线传感器网络节点自定位技术与无线传感器网络开发平台研究

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无线传感器网络集成了传感器、嵌入式计算和无线通信等技术,能够协作地感知、采集和处理覆盖区域内的信息,并通过多跳自组织网络传送给观察者,从而将客观的物理世界与逻辑上的信息世界联系起来,极大地扩展了现有网络的功能和人们认识事物的能力。无线传感器网络的建立无需基础没施,快捷灵活,具有广泛而重要的应用前景,成为信息领域新的研究热点。本文研究无线传感器网络节点自定位技术,并组建一个无线传感器网络开发平台。节点白定位是无线传感器网络关键技术之一,开发平台可用来对算法进行实际评估和验证。主要工作包括以下三个部分:研究基于模拟退火的节点定位算法和基于演化策略的节点定位算法。这两种算法均属于基于智能算法的集中式节点定位算法。通过把节点定位看作是最优化问题,将模拟退火和演化策略应用到节点定位中,叙述算法的结构和步骤,讨论参数的取值。采用不同网络场景对算法进行大量仿真,分析仿真结果,得到它们的性能特点和适用性结论。提出基于蚁群算法的集中式节点定位算法。首先对在节点定位中使用蚁群算法的可行性进行理论分析。通过将非锚节点的估计坐标离散化为有限的几种可能,把节点定位变为一系列组合优化过程。按照这一思路给出基于蚁群算法的节点定位算法(ASL)。ASL算法主要利用一个定时重启的蚁群算法驱动非锚节点的估计坐标不断向实际坐标靠近。讨论算法参数之间的关系和关键参数的取值。采用不同网络场景对算法进行人量仿真,对仿真结果进行分析,验证算法的可行性,得剑它的性能特点以及部分网络参数的参考值,这些参考值有助于得到较高的定位精度,同时尽量减少网络的架设成本和能量损耗。根据无线传感器网络科研开发的需要,组建一个灵活实用的无线传感器网络开发平台。通过对GAINZ软件开发包和TinyOS进行分析,选择TinyOS作为开发平台的软件子系统。在对GAINZ节点和MICAz:节点进行比较的基础上,对TinyOS底层驱动进行修改,使TinyOS能够在GAINZ节点上正确运行。原有的后台分析管理软件SNAMP的功能存在不足,本文对其进行扩展,增加了三个功能模块。将GAINZ节点硬件、修改后的TinyOS和功能扩展后的SNAMP软件组合成一个新的完全开源的无线传感器网络开发平台。根据科研和演示的需要,对TinyOS中通过组建树型网络来实现数据汇聚功能的Surge程序进行修改,使其组建的网络为鲁棒性更强、能耗更加平衡的网状网。在新组建的开发平台上运行修改后的Surge程序,验证开发平台的可用性。
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