Amorphous定位算法仿真与分析毕业论文.docx

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Amorphous定位算法仿真与分析毕业论文

目录

中文摘要 I

英文摘要 II

第1章绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.2课题现状及发展趋势 2

1.3本文主要容及文章组织结构 5

第2章无线传感器网络 6

2.1无线传感器网络的特点 6

2.2无线传感网络的体系结构 7

2.2.1无线传感器网络的物理体系结构 9

2.2.2无线传感器网络的软件体系结构 9

2.2.3无线传感器网络的协议层 10

2.3无线网络的核心技术 11

2.4无线传感器网络的应用领域 12

2.5无线传感器网络的性能评价 13

2.6本章小结 15

第3章无线传感器网络的定位算法 16

3.1无线传感网络节点定位概述 16

3.2定位算法的基本术语 16

3.3定位算法的分类 17

3.4定位算法的性能分析 18

3.5节点位置的计算方法 20

3.5.1三边测量法 20

3.5.2三角测量 21

3.5.3极大似然估计法 22

3.5.4最大最小法 23

3.6Amorphous定位算法 23

3.6.1Amorphous定位算法基本原理 24

3.6.2Amorphous定位算法流程图及仿真图 25

3.7本章小结 25

第4章Amorphous定位算法仿真与分析 26

4.1网络环境仿真的设置 26

4.2无线传感器网络仿真特点 26

4.3节点部署 27

4.3.1节点部署的基本原理 27

4.3.2节点部署的评价指标 28

4.4Amorphous定位算法的仿真与结果分析 29

4.4.1不同节点部署的对比分析 29

4.4.2Amorphous定位算法仿真中通信模型的分析 32

4.4.3Amorphous与其RSSI、MDS-MAP算法的对比分析 37

4.5本章小结 41

第5章总结与展望 42

致谢 43

参考文献 44

摘要

传感器节点的位置信息在无线传感器网络的监测活动等应用中起着至关重要的作用。

而取得节点位置信息较简便、快捷、精确的方法是通过手动设定或携带GPS定位设备等手段，但通过这种方式获取的成本很高。

因此，较好的方法是采用定位算法进行估计。

节点定位是无线传感器的基本功能之一。

节点定位大多利用已知的位置的节点，按照某种定位机制确定自身位置。

传感器节点定位过程中，未知节点在获得与邻居锚节点的距离，或获得邻近的锚节点和未知节点之间的相对角度后，通常使用三边测量法，三角测量法、极大似然估计法或最小最大法来计算自身的未知。

本文将主要研究关于无线传感器网络中的Amorphous定位算法进行仿真与分析。

在Matlab仿真平台进行仿真，首先从Amorphous定位算法的仿真的参数设置中针对不同的节点部署、通信传播模型进行对比分析从定位精度，网络连通性等方面做出比较分析，以达到不同环境最适合的参数设置。

最后，针对基于测距的RSSI定位机制和与距离无关的Amorphous定位算法进行比较对比，分析出Amorphous定位算法的优势，同时也提出有待发展和提高的相关点。

关键字：

无线传感器网络,节点定位,Amorphous,仿真与分析

ABSTRACT

Sensornodelocationinformationplaysavitalroleinmonitoringtheactivitiesofwirelesssensornetworksapplications.Nodepositioninformationobtainedoverthesimple,fastandaccuratemethodistomanuallysetorportableGPSpositioningequipmentandothermeans,butthehighcostofobtainingthisway.Accordingly,amethodisusedtoestimatetheocationalgorithm.

Nodelocalizationisoneofthebasicfunctionsofwirelesssensors.Mostoftheknownnodelocalizationnodepositiontodeterminetheirpositionaccordingtosomepositioningmechanism.Sensornodelocalizationprocess,theunknownnodesingettingawaywithneighborsanchornodes,ortoobtaintherelativeanglebetweenadjacentanchornodesandunknownnodes,typicallyusetrilateration,triangulationmethod,maximumlikelihoodestimationmethodmethodtocalculatethemaximumorminimumitselfisunknown.

ThisarticlewillfocusonresearchonwirelesssensornetworksAmorphouslocalizationalgorithmsimulationandanalysis.IntheMatlabsimulationplatformforsimulation,thefirstsetofparametersfromthesimulationofAmorphouspositioningalgorithmwereanalyzedfordifferentnodedeployment,makeacomparativeanalysisofthepropagationmodelofcommunicationfromthepositioningaccuracy,networkconnectivity,etc.,inordertoachievethemostsuitablefordifferentenvironmentsparametersettings.

Finally,thepositioningmechanismbasedonRSSIrangingandAmorphouslocationalgorithmcomparesthedistance-independentcomparativeanalysisoftheadvantagesofAmorphouspositioningalgorithm,butalsoneedstobemade​​todevelopandimprovetherelevantpoint.

Keywords：

Wirelesssensornetworks,Nodelocalization,Amorphous,SimulationandAnalysis

45

第1章绪论

1.1课题背景及意义

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）综合了传感器、嵌入式计算、分布式信息处理和无线通信等技术，由许多相同或不同类型传感器节点通过无线通信实现自组织，形成分布式自治网络。

它打破了传统的点对点的数据信息交互方式，带来了一种全新的信息获取和处理模式。

无线传感器网络由许多小、价格低的传感器节点构成，它们被撒播在监测围中，利用无线通讯自组织成为具有多跳的系统。

WSN能够感应、获取监测围的数据，之后把这些感兴趣的数据传递给监测人员。

传感技术的任务是获取数据，通讯技术的任务是传递数据，计算机技术的任务是处理数据。

在真实的运用环境中，获取数据会遇到以下难题:

不容易布置线路、获取信息的面积大。

在传感器网络中，位置信息对传感器网络的监测活动至关重要，事件发生的位置或获取信息的节点位置是传感器节点监测消息中所包含的重要信息，没有位置信息的监测消息往往毫无意义对于这些问题，传感器节点必须首先知道自身的地理位置信息，这是进一步采取措施和做出决策的基础。

定位信息除用做报告事件发生的地点外，还具有下列用途:

目标跟踪实时监视目标的行动路线，预测目标的前进轨迹；协助路由，为网络提供命名空间，如直接用节点位置信息进行数据传递的地理路由协议，避免信息在整个网络中的扩散，并可以实现定向的信息查询；进行网络管理，利用传感器节点传回的位置信息构建网络拓扑图，并实时统计网络覆盖隋况，对节点密度低的区域及时采取必要的措施，实现网络负载均衡以及网络拓扑的自配置等等。

因此在传感器网络中，传感器节点的精确、快速定位对各种应用有着重要的作用。

由于监测是一个长期与漫长的过程，一般情况下，监测围的环境都比较恶劣，监测人员不容易抵达这些区域，故不能及时给传感器节点补充能量。

又因传感器节点具有以下特性:

能量受限、通讯能力受限、密集且随机分布，故节省能耗和效率高是实现WSN节点定位技术需要考虑的第一因素。

。

而全球定位系统是目前使用最广泛最成熟的定位系统，通过卫星的授时和测距对用户节点进行定位，具有精度高、实时性好、抗干扰能力强等优点，但是定位适应于无遮挡的室外环境，用户节点通常能耗高且体积大，成本也比较高，需要固定的基础设施等。

人工部署和为所有网络节点安装GPS接收器都会受到成本、功耗、扩展性等问题的限制，甚至在某些场合可能根本无法实现，这使得它不适用于低成本自组织的传感器网络，因此必须采用一定的机制与算法实现WSN的自身定位。

节点定位是无线传感器网络的基本功能之一。

在无线创年期网络的各种应用中，测到网络中某个地方时间发生时，它所关心的一个重要的问题就是该事件发生的位置。

因此，确定事件发生的位置或确定获取消息的节点位置是无线传感器网络所必须具备的一项功能，对无线传感器网络的应用的有效性起着至关重要的作用。

同时了解传感器节点位置信息还可以协助路由，提高路由效率，为网络提供命名空间，向部署者报告网络的覆盖质量，实现网络的负载均衡以及网络拓扑的自配置等网络管理。

因此，确定事件发生的位置或获取消息的节点位置尤为重要，对传感器网络应用的有效性起着关键的作用。

随着计算机技术、微电子技术和通信技术的进步，传感器已朝着集成化、微型化、智能化和低能耗的方向快速发展，使其能够在较小体积集成信息采集、数据处理和信息的传输等多种功能，这为无线传感网的产生和发展奠定了基础。

无线传感网是由部署在监测区域大量廉价微型的具有有限数据处理能力和装备，有低能耗无线信号收发器的传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络，其目的是利用网络节点协作地感知和采集网络覆盖区域感兴趣的信息，并发送给观察者。

无线传感网具有布线成本低、监测精度高、系统容错性好、可远程监控以及便于诊断与维护等众多的优点，它的产生解决了传统传感器网络在应用中遇到的安装、维护等方面的种种困难。

其在军事、工业、医疗、交通、环保等领域有着广阔的应用前景。

如果说互联网改变了人与人之间的信息交流方式，那么，无线传感网的产生将改变人与自然界的交互方式。

因此本文所研究的与距离无关的Amorphous定位算法对无线传感器的网络的发展具有很重要的意义。

1.2课题现状及发展趋势

1996年，美国UCLA大学的William J Kaiser教授向DARPA提交的“低能耗无线集成