基于跳数比率的无线传感器网络节点定位技术研究

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节点定位技术是无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)的主要支撑技术之一,即根据少数己知位置的节点,按某种定位机制确定自身位置。WSN中的传感器节点在存储、计算和电池供电等方面的能力有较大的限制,因此在保证一定定位精度的前提下,研究具有较低的计算复杂度和较低的节点间通信开销的定位算法,从而减低功耗、延长网络生存时间,对于WSN的实际大规模应用具有重要的理论意义和应用价值。本文首先对WSN节点定位技术的基本原理、计算方法以及性能评价指标等方面进行研究总结,分析了现有各类定位算法的基本思想、应用背景及性能。重点对适用于较大网络规模的DV-Hop算法进行研究,深入分析了该算法的特点,针对其通信负载大、节点较少时定位误差大等缺点,提出了一种改进算法。该算法采用网格型网络拓扑结构,通过设置不同通信范围的主副两级锚节点进行辅助定位,将整个定位过程分为粗略位置约束和精确计算两阶段:(1)根据节点接收的信号强度,利用其与节点间欧氏距离的线性反比关系来缩小定位范围,限制第二阶段中节点通信的区域,同时为最后的定位结果设置过滤条件;(2)在缩小的区域内进行一次网络泛洪来统计节点间最小跳数,用跳数比率(Hop-Count-Ratio)构造Apollonius Circle,最终利用三边测量法和最大似然估计法进行节点定位。改进后的算法在Crossbow的MoteWorks 2.0 F平台上、使用IRIS节点对其网络通信负载、定位精度、边缘稳定性等指标进行了实际对比测试和验证。结果表明,改进后的定位算法在不增加硬件开销的基础上,与传统的DV-Hop算法相比,实现了网络通信负载的大幅降低,定位精度较高且边缘稳定性较好,同时在一定程度上降低了系统计算复杂度,[0]达到了预期要求。
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