无线传感网络路由协议与定位技术研究

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微电子技术、嵌入式计算技术、无线通信等技术的发展推动了无线传感网络迅速发展。无线传感网络主要由传感器、感知对象和监测者三个要素组成。无线传感网络应用非常广阔,如军事、城市交通、环境监测、建筑物状态监控以及机场等领域。由于无线传感器节点一般随机播撒,节点一般通过电池供电,节点的能量、带宽和计算能力等非常有限,并且不知道节点的位置。因此,路由协议和节点自身定位技术是无线传感网络的重点研究方向。本文首先介绍了无线传感网络体系结构,然后介绍了路由协议设计的关键问题和定位技术,包括路由协议和定位技术分类以及现有典型路由协议和节点定位算法的原理,典型路由协议包括:SPIN、DD、LEACH、PEGASIS和STAR等;典型定位算法包括:RSSI、TOA、PDOA、DV-hop、质心定位算法和不定型定位算法等。本文重点研究了LEACH和PEGASIS路由协议,分析了两种协议的优缺点,并在两种协议优点的基础上,提出一种改进的有效路由协议LEACH-P。LEACH-P协议不仅具有LEACH协议的网络分簇结构,也具有PEGASIS协议贪婪成链的思想,使簇头成链。给出了LEACH-P协议流程图和Matlab仿真图,结果证明LEACH-P协议能够更好地延长网络的生命周期、提高网络的健壮性和降低时延。本文最后分析了无需测距的DV-hop定位算法性能,从锚节点数、节点通信半径和总节点数三方面分析了DV-hop算法定位精度,并给出分析结果。结果表明,在不同的总节点数目条件下,存在最优的节点通信半径,并且锚节点个数在12左右时比较合适。要想使DV-hop算法的定位精度达到最好,需根据总节点数选择最优的节点通信半径,从而降低节点的定位误差。
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