毕业论文无线传感器网络基于移动信标优化路径的定位算法研究 精品.docx

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毕业论文无线传感器网络基于移动信标优化路径的定位算法研究精品

广东工业大学硕士学位论文

（工学硕士）

基于移动信标优化路径的

定位算法研究

ClassifiedIndex:

SchoolCode:

11845

UDC:

SecurityClass:

ClassNo.:

2110704294

ADissertationforMaster’sDegreeof

GuangdongUniversityofTechnology

（MasterofEngineeringScience）

ResearchonLocalizationAlgorithmBasedonMobileBeaconwithOptimalpath

Candidate:

XieXiaosong

Supervisor:

Prof.ChengLianglun

May2010

FacultyofAutomation

GuangdongUniversityofTechnology

Guangzhou,Guangdong,P.R.China,510006

摘要

无线传感器节点定位技术是无线传感器网络的关键技术之一，是无线传感器网络大多数应用的基础。

无线传感器网络应用的大多数领域,如：

目标监测与跟踪、路由位置信息的获取等，都需要知道节点的位置信息。

为此我们需要研究更为有效的定位算法，降低定位成本，提高定位精度。

针对这种情况，本论文对基于移动信标优化路径的无线传感器网络节点算法进行了研究，该定位算法能够实现节点的高效率定位。

文章在DV-Hop定位算法中引入移动信标节点，并研究信标节点的动态选择算法及移动路径优化算法。

本文的主要完成的工作有：

1、分析归纳常用的无需测距的定位算法和基于信标的定位算法，研究基于信标的定位算法的定位机制，研究利用移动信标的信息来进行定位计算。

2、提出基于移动信标改进的DV-Hop定位算法，该算法在DV-Hop定位算法的基础上，利用一个移动的信标节点在网络中按预定的路径移动并不断的广播自己的位置信息，形成多个虚拟信标，研究平均跳距离的加权算法和信标节点的动态选择算法，降低定位的成本和布网的复杂度，提高节点定位的精度和效率。

3、结合基于移动信标改进的DV-Hop定位算法，提出了面向无线传感器网络的移动信标的路径规划方法，把图论引入信标移动路径规划，获取针对所处网络连通状况的优化信标移动路径，提高算法的定位精度，减少算法定位过程的通信开销，提高算法的效率。

最后在OMNeT++仿真环境下，仿真基于移动信标的定位算法，建立包括移动智能节点和普通节点的仿真模型，通过定位过程的通信和数据处理计算未知节点的位置，仿真表明，基于移动信标优化路径的定位算法既改善了定位的精度，又减少了定位算法的通信开销，提高无线传感器网络节点定位效率。

关键词：

无线传感器网络；移动信标；优化路径；OMNeT++；智能节点

ABSTRACT

Wirelesssensornodelocalizationisoneofthekeytechnologiesforwirelesssensornetworks.It’sthefoundationofmostwirelesssensornetworkapplications,suchas:

targetsurveillanceandtracking,routingandotherlocationinformationacquiring,alloftheseneedtoknowthelocationinformationofthenodes.Soweneedmoreeffectivelocalizationalgorithmtoreducethecostandincreasetheprecision.

Inresponse,thepaperresearchthenodeslocalizationalgorithmforwirelesssensornetworkbaseonmobilebeaconwithoptimalpath.Thisalgorithmcanachievehighefficiencyofpositioningnodes.WeintroducedmobilebeaconnodeintoDV-Hoplocalizationalgorithm,andstudythedynamicbeaconnodeselectionalgorithmandmovingpathoptimalalgorithm.Thesemajorworksare:

1.Summarizescommonrange-freelocalizationalgorithmandthealgorithmsbaseonbeacon,studythepositioningmechanismoflocalizationalgorithmsbaseonbeacon.

2.ImprovingDV-Hoplocalizationalgorithmbasedonmobilebeacon,thealgorithmuseamobilebeaconnodetomoveinthenetworkaccordingtoapredeterminedpathandbroadcastit’slocationinformationthatcreatevirtualbeacons.Westudytheweightedaveragehopdistancealgorithmandthedynamicbeaconnodeselectionalgorithmtoreducelocalizationcostsandcomplexityofdistributionnetworksandimproveaccuracyandefficiencyofnodelocalization.

3.CombinedwiththeimprovedDV-Hoplocalizationalgorithmbasedonmobilebeacon,weproposedmobilebeaconpathplanningmethodforwirelesssensornetworks.Graphtheoryisintroducedintothemobilepathplanning;byacquiringconnectivityconditionsofthenetworkweoptimizethepathofmobilebeacon.Thesemakeincreaseofpositioningaccuracyofpositioningalgorithmandreducecommunicationcosts,improveefficiencyofthealgorithm.

Finally,wesimulatemobilebeaconbaselocalizationalgorithminOMNeT++simulationenvironmentbymodelingmobileintelligentnodesandordinarynodesinthenetwork.Thenetworkcomputestheunknownnode’slocationthroughthepositioningprocessofcommunicationanddataprocessing.Thesimulationresultsshowthatthealgorithmbaseonmobilebeaconwithoptimalpathnotonlyimprovesthepositioningaccuracybutalsoreducethecommunicationoverheadoflocatingm,theseimprovetheefficiencyofwirelesssensornodeslocalization.

Keywords:

WSN；Mobileanchor；Optimalpath；OMNeT++；Smartnode

目录

摘要I

ABSTRACTIII

目录V

CONTENTSVII

第一章绪论1

1.1本论文的研究背景及意义1

1.1.1研究背景与意义1

1.1.2课题来源3

1.2国内外研究现状3

1.3本论文的主要研究内容与结构5

第二章传感器网络常用节点定位算法相关研究7

2.1无线传感器网络基于信标节点的定位算法7

2.1.1相关工作7

2.1.2基于信标定位算法的优点9

2.2无线传感器网络常用的定位方式的实现10

2.2.1极大似然估计法10

2.2.2三边测量定位法11

2.2.3三角测量定位法12

2.3常用的节点定位算法13

2.3.1常用的Range-base节点定位算法13

2.3.2常用的Range-free节点定位算法16

2.4本章小结18

第三章基于移动信标的节点定位算法19

3.1无线传感器网络基于移动信标改进的DV-Hop定位算法19

3.1.1DV-Hop定位算法20

3.1.2移动信标节点定位算法23

3.1.3仿真分析26

3.2基于移动信标动态选择改进DV-Hop定位算法28

3.2.1DV-Hop定位算法平均跳距离计算误差来源分析29

3.2.2基于移动信标动态选择的改进型DV-Hop定位算法过程31

3.2.3仿真分析34

3.3本章小结35

第四章无线传感器网络移动信标的路径优化36

4.1无线传感器网络移动信标的移动模型分析36

4.1.1随机移动RWP（RandomWayPoint）模型36

4.1.2高斯马尔可夫移动Gauss-Markov模型37

4.1.3螺线移动模型38

4.2面向无线传感器网络节点定位的移动信标的路径优化38

4.2.1基于图论的信标移动路径规划方法39

4.2.2面向传感器网络的移动信标路径规划的仿真实现40

4.3本章小结42

第五章基于移动信标优化路径定位算法的仿真实现43

5.1仿真实验工具和实验方法简述43

5.1.1OMNeT++仿真实验平台介绍43

5.1.2定位算法性能评价指标及分析方法44

5.2基于移动信标的传感器网络定位算法的设计45

5.2.1无线传感器网络仿真程序模型及程序设计46

5.2.2定位过程仿真程序设计51

5.3基于移动信标优化路径的定位算法性能分析52

5.4本章小结55

结论与展望56

参考文献57

攻读学位期间发表的学术论文60

攻读学位期间参加的科研项目61

独创性声明62

致谢63

CONTENTS

ABSTRACT（Chinese）I

ABSTRACT（English）III

CONTENTS（