无线可充电传感器网络中的定位算法研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:dhamma
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随着无线传感网络的快速发展与广泛应用,社会对传感器网络的使用时间与稳定性的需求也越来越高。无线充电技术引起了人们的广泛关注,研究人员开始通过无线能量传输方式向传感器网络提供能量供应,这种新兴的传感器网络被称为无线可充电传感器网络(Wireless Recharge Sensor Networks,WRSN)。在WRSN中的许多应用一般都需要知道传感器节点自身的位置信息,在此基础上才能向用户提供想要的监测信息和服务。如果网络仅仅提供节点监测数据而没有节点位置信息,在很多的应用场合下是毫无意义的。此外,在无线可充电传感器网络中节点的位置还决定充电网络规划和效率。因此,节点的位置信息至关重要,如何用低成本实现准确的节点定位也就成为了研究的热点。针对无线可充电传感器网络定位技术的现存问题,本文主要研究在一个区域内随机部署可充电传感器节点的定位问题,利用可自定位的无线充电器设计基于节点充电时间的测距定位算法。该方法不需要额外精密设备,且定位精度较高。本文主要分为两个部分:1.当无线可充电传感器网络中充电器和节点都采用全向天线时,利用电磁波在理想条件下的传输公式与电容充电公式相结合,根据实际环境进行修正,得到节点基于全向充电天线的环境适应充电模型。通过充电模型可以得到充电时间与充电距离的关系,建立准确的定位方程,并设计节点位置求解方法。使用全向充电天线的定位方程较为简单,利用最小二乘法化简获得求解矩阵,从而实现基于充电时差(Time Difference of Charge,TDOC)的定位算法。2.当无线可充电传感器网络中充电器采用定向天线且节点采用全向天线时,利用电磁波在理想条件下的传输公式与电容充电公式相结合,根据实际环境进行修正,得到节点基于定向充电天线的环境适应充电模型。通过充电模型可以得到不同方向充电时间与充电距离的关系,建立准确的定位方程,并设计节点位置求解方法。使用定向充电天线的定位方程较为复杂,通过几何法和最小二乘法相结合获得优化目标函数,提出了一种改进的粒子群优化算法用于求解节点位置,从而实现基于定向充电时间(Time of Directional Charge,TODC)的定位算法。
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