發(fā)布時間：2016-11-12 12:30

  本文關鍵詞：基于距離優(yōu)化的移動傳感器網(wǎng)絡定位技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京理工大學》 2015年

基于距離優(yōu)化的移動傳感器網(wǎng)絡定位技術研究

溫龍飛  

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡是由具備傳感、計算和通信能力的傳感器節(jié)點組成的多跳自組織網(wǎng)絡。根據(jù)網(wǎng)絡中節(jié)點是否具備移動能力，將無線傳感器網(wǎng)絡分為靜態(tài)網(wǎng)絡和移動網(wǎng)絡兩種。傳感器網(wǎng)絡可以實時監(jiān)測、感知和采集目標區(qū)域中監(jiān)測對象的各種信息并最終發(fā)送到應用終端。無論在國防軍事、國民經(jīng)濟還是公共管理等相關領域，傳感器網(wǎng)絡都具有非常廣泛的應用前景。節(jié)點定位問題是傳感器網(wǎng)絡中的關鍵性基礎問題之一，而節(jié)點之間的距離估計又是絕大多數(shù)定位算法的基礎。本文以多種不同拓撲結構的傳感器網(wǎng)絡為研究對象，致力于更透徹地研究傳感器網(wǎng)絡定位技術。全文以設計出高效、高精度的傳感器網(wǎng)絡定位算法為目的，通過理論分析、數(shù)字仿真和實物實驗相結合的手段進行研究，并分別針對靜態(tài)網(wǎng)絡和移動網(wǎng)絡的定位問題提出了一些新的思路和算法。 本文首先對傳感器網(wǎng)絡定位問題進行深入分析。從靜態(tài)網(wǎng)絡和移動網(wǎng)絡兩方面概述了現(xiàn)有傳感器網(wǎng)絡定位技術。對于靜態(tài)網(wǎng)絡，重點研究了基于多維定標技術和基于計算幾何的定位算法，并分析了因節(jié)點之間的距離估計存在誤差而導致的定位效率及精度較低的問題。對于移動網(wǎng)絡，重點探討了可移動錨節(jié)點的路徑規(guī)劃方式及基于概率模型的蒙特卡洛定位算法。 在內(nèi)部含有空洞的靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡結構的奇異性會導致節(jié)點間的距離估計誤差。本文將幾何知識引入到距離修正過程中，通過構建虛擬空洞，根據(jù)線段間的幾何關系優(yōu)化傳感器節(jié)點之間的距離，并與多維定標技術相結合，提出了一種集中式的傳感器網(wǎng)絡定位方法MDS-DO，該方法解決了在網(wǎng)絡存在空洞的情況下基于多維定標的經(jīng)典定位算法適用性較差的問題。仿真表明，該算法可以適用于存在多種類型空洞的網(wǎng)絡，能較好地修正節(jié)點間的距離信息并最終顯著地提高定位精度。 針對靜態(tài)網(wǎng)絡中因測距技術的不完善而形成的直接測距誤差，提出了一種幾何約束輔助的Voronoi圖定位算法VBGCA。該算法利用Cayley-Menger行列式的幾何應用對距離關系進行限制，從而得到關于測距誤差的約束方程。當存在多個錨節(jié)點時，提出了一種以4個錨節(jié)點為基準的線性約束方程，并結合已有的二次約束，從理論上證明了多錨節(jié)點下距離約束的可行性。仿真和實驗均表明，VBGCA算法可以較好地解決基于Voronoi圖的定位算法中存在的定位失敗問題，并能在一定程度上減小定位誤差。 為更好地解決不同拓撲結構網(wǎng)絡中存在的距離估計誤差及由此引發(fā)的定位問題，本文研究了錨節(jié)點可移動傳感器網(wǎng)絡，并致力于充分發(fā)掘移動錨節(jié)點的其他輔助價值。針對內(nèi)部含空洞的傳感器網(wǎng)絡，，采用圖論等知識對空洞邊界做分布式探尋，并利用移動錨節(jié)點標定空洞邊界節(jié)點，這些關鍵節(jié)點可用于優(yōu)化跨空洞節(jié)點之間的距離，從而實現(xiàn)定位精度的提高。針對在節(jié)點分布正常的網(wǎng)絡中由多跳計算所導致的距離估計誤差，首先提出了一種基于幾何約束的數(shù)學優(yōu)化模型，該模型利用鄰居錨節(jié)點的信息對節(jié)點之間的距離進行優(yōu)化；在此基礎上，結合DV-Hop算法，提出了基于鄰居錨節(jié)點約束的分布式NAC-DL定位算法，移動錨節(jié)點運動至待定位節(jié)點附近并輔助優(yōu)化距離信息。仿真和實驗均表明，NAC-DL算法可以有效減小距離估計誤差并提高網(wǎng)絡整體定位精度。最后，提出了一種移動錨節(jié)點的動態(tài)路徑規(guī)劃方式，該方式利用連通信息計算出網(wǎng)絡關鍵位置并分析移動策略，在錨節(jié)點移動路徑長度及廣播信息包數(shù)量方面均比經(jīng)典算法有所改善，有效降低節(jié)點能量消耗。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

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