无线传感器网络分布式定位技术研究

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无线传感器网络作为一种新型的智能网络,能够应用在许多领域。在大多数应用中,节点位置信息对网络有效的运作起到关键作用。如果没有节点位置信息,就不能获取消息来源所在地的信息,也不能给指定区域的节点发布命令,因此节点定位技术是无线传感器网络中必不可少的支撑技术之一。在现有的节点定位技术中,很多方法都是针对规则网络提出的。但在实际情况中,受到地理条件、障碍物阻隔、环境干扰等因素的影响,很多无线传感器网络都是呈不规则的拓扑结构,而且其中的锚节点也并非均匀分散在整个网络中,可能出现部分区域密集,部分区域稀疏的情况。本文针对这些现实问题,在分析和对比了现有的定位算法之后,提出一种分布式优化定位的算法,重点研究不规则网络以及锚节点稀疏情况下的节点定位技术。在本文算法中,有两个重要概念:节点晋升和子图扩散。网络中锚节点密度对未知节点的定位有很大影响,因此在不增加实际锚节点数量的前提下,将某些完成定位的节点晋升为锚节点参与到二次定位过程中,是一种可行的方案。节点晋升策略首先寻找能改善网络拓扑结构的节点,然后分析是否合适晋升,最后通过优化处理和误差控制进行高精度的定位,既保证了节点晋升的合理性,又降低了在二次定位中引入的积累误差。在子图扩散中,主要解决锚节点稀疏情况下的定位问题。由于缺少必要的定位参考信息,未知节点不能一次完成全局定位,而是从局部相对定位开始,逐步扩散到整个网络,最后将相对坐标转换为全局坐标,完成定位。在这两个核心概念里面,本文还增加了网络区域分割和节点间跳距优化的方法,进一步改善了定位效果。最后,通过设计开发的无线传感器网络节点定位仿真软件,设置节点总数为100个,分别在规则网络和不规则网络中,锚节点密度从5%~25%范围变化时,依次给出几种算法的误差对比,由此验证了本文算法的优越性。尤其是在不规则网络和锚节点稀疏网络中,本文算法受节点拓扑结构影响较小,能得到较好的定位效果。
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