无线传感器网络DV-Hop定位算法的研究资料下载.pdf

1、现实生活中人们可以通过无线传感器直接的感知现实的物理世界，从而扩展了人类认识世界的能力，以及促进了网络功能的发展。布局和覆盖、节点定位、网络通信协议是无线传感器网络研究中的几个基本问题。其中，节点定位技术是无线传感器网络主要支撑技术之一，对其研究具有重要的意义。因为它是传感器网络进行目标识别、监控、跟踪等众多应用的前提。由于传感器节点受成本、能量和体积等因素的限制，且通常工作在人类难以或不宜接近的场合，因此定位技术的基本途径是：部署少量已知坐标的锚节点，其他未知坐标的节点依据相对位置关系、网络连通性或通过测量与锚节点的距离、角度进行一定的计算得出自身的坐标。本文对无线传感器网络节点定位技术进行

2、详细介绍和全面分析,并对RSSI、AOA、质心定位算法、APIT、DV-Hop 等几种典型定位算法进行分析和比较，重点对距离无关定位算法中的 DV-Hop 算法进行了研究。DV-Hop 算法通过收集未知节点与锚节点的最小跳数,并使用跳段距离代替实际距离来估算未知节点的位置坐标。DV-Hop 算法作为一种不基于测距的定位算法，太原理工大学硕士学位论文 II有它的优势，但是不可避免也有一些不足之处。本文针对这些不足，对DV-Hop 算法进行了改进。改进后的算法通过限制未知节点接收锚节点跳数的方法分轮次对未知节点进行定位，将先定位的节点上升为锚节点参与未定位节点的定位。然后用 Matlab 集成数学

3、工具软件对改进前后两种算法进行仿真。仿真结果表明，与传统算法相比，改进后的算法在定位精度和覆盖率方面都有很大改善，显著提高了算法的定位性能。最后，论文对无线传感器网络 DV-Hop 节点定位算法的研究做了总结与展望。关键字：无线传感器网络，节点定位，DV-Hop，定位精度，覆盖率太原理工大学硕士学位论文 IIIRESEARCH ON DV-HOP ALGORITHM FOR WIRELESS SENSOR NETWORK ABSTRACT In 1990s,with the rapid development of embedded systems,wireless communication

4、s,distributed information processing technology and microelectronic mechanical systems（MEMS）technologies,the wireless sensor network,which is constitutive of sensors with the ability of sensing,computing and wireless communicating,has aroused great concern.Deployment，coverage，nodes localization and

5、network communication protocol are several basic questions of research on Wireless Sensor Network.Among these questions,nodes localization is one of the main supporting technologies.This is because many applications of wireless sensor networks depend on the location information of sensor nodes.Limit

6、ed by volume,cost,power and hard to get close to the work place,the basic localization way is to deploy a few anchors,other sensors compute their own coordination by estimating distance,angel,location relation and network connectivity.The thesis provides a detailed introduction and complete analysis

7、 to the node localization of WSN.It analyzes and compares some typical localization 太原理工大学硕士学位论文 IValgorithm such as RSSI,AOA,centroid location algorithm,APIT,DV-Hop,and the thesis focuses on the investigation of DV-Hop localization algorithm.By collecting the minimum number of hops between unknown

8、nodes and anchor nodes,DV-Hop algorithm estimates the unknown nodes position coordinates using hop distance instead of actual distance.As a Range-free algorithm,DV-Hop has advantages,but inevitably there are also some shortcomings.Based on DV-Hop algorithm，a improved node localization algorithm is d

9、esigned for solving the above shortcomings.Improved algorithm finish the unknown node location after multiple rounds by limiting the number of hops from anchor nodes.And located nodes will be raised to anchor nodes involving the unknown nodes location.Then,the two algorithm are tested with Matlab pl

10、atform.The experimental results show that the location accuracy and coverage of the improved algorithm are significantly improved compared with the DV-Hop algorithm.Finally,we sum up this thesis and prospect for future work.KEY WORDS:wireless sensor network,node localization,DV-Hop,location accuracy

11、,coverage 太原理工大学硕士研究生学位论文 声 明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：1学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；2学校可以采用影印、缩印或其它子复制手段复制并保存学位论文；3学校可允许学位论文被查阅或借阅；4学校可以学术交流为目

12、的，复制赠送和交换学位论文；5学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签 名：导师签名：太原理工大学硕士学位论文 7第一章 绪论 1.1 课题背景 在无线通信、集成电路、传感器以及微机电系统等技术的飞速发展和日益成熟的基础上，生产大量的微型传感器成为了现实。这些传感器一般都集成了信息采集、数据处理和无线通信等多种功能，而且成本低、功耗低、功能多。随着大量微型传感器的生产，研究者对微型传感器构成的无线传感器网络产生了广泛的关注。在组建网络时无线传感器网络不需要基础设施，它通常使用飞行器将大量传感器节点抛撒到感兴趣的区域，这些节点会自动快速形成一个多跳的自组织无线网

13、络。传感器节点会利用内置的传感器测量人们感兴趣区域中的热能、声纳、地震波等，为研究者提供他们感兴趣的数据信息，如温度、湿度、光强度、土壤成分、噪声以及运动物体的大小、速度和方向。这些信息通过网络传送给用户。目前无线传感器网络在军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、复杂机械等方面都有了广泛的应用1。随着深入的研究传感器网络，其优越的性能得到了人们的认可和应用，不久的将来传感器网络会应用到人们生活的方方面面。因传感器网络具有很大的应用价值和科学意义，美国技术评论杂志在 2003 年 2 月份评出的对未来世界产生重大深远意义的十大新兴科学技术，将它排在了第一位。无线传感器也被科学家预测为信息革命

14、的引领者。2003 年 8 月 25 日出版的美国商业周刊杂志在其“未来技术专版”中发表文章指出全球未来的四大高科技产业分别是：效用计算、仿生人体器官、塑料电子学和传感器网络，并且指出他们也将会引发新的产业革命浪潮。20世纪90年代末期，人们开始了对无线传感器网络这种新兴技术的的研究。从2000年起，国际上一些关于传感器网络的研究成果被报道出来。2003年美国自然科学基金委员会为支持传感器网络有关的基础理论的研究，制定了专门的研究计划。美国国防部和各军事部门也把传感器网络的研究放到了很高的位置，设立了很多的军事传感器网络研究项目。一些信息巨头公司也开始了对传感器网络方面的研究工作，比如美国英特

15、尔公司、微软公司等。除了美国以外，其他一些科技发达国家在发现无线传感器网络具有十分重要的价值意义之后，也表现出了很大的兴趣，并开展了积极的研究工作。而我国在太原理工大学硕士学位论文 8传感器网络方面的研究工作处于起步的时期，但是，作为一门新兴的无线传感器网络技术，对其应用研究还处于探索的阶段，距离实际需求的商业产品还有一段的距离要走。1.2 无线传感器网络中的定位技术 无线传感器网络是一门新兴的、多学科交叉的技术，它的出现为研究人员提出了很多挑战性的研究课题，本文要研究的定位问题就是一个非常具有挑战性的课题。对于投入应用的无线传感器网络，一个很重要的问题就是节点的位置信息。因为仅知道监测数据，而不知道数据来源的节点位置，那些信息就是没有意义的。譬如，对移动目标的跟踪、恶劣环境的监控等，那些可以确定位置的感知数据的节点对应用来说才是有意义的。在实际的各种应用中，传感器节点发现一个事件后接着就判定该事件发生来自于何处，然后才能做出相关的决策和采取具体的措施处理事件。构成无线传感器网络的传感器节点一般被随机撒布在各种监测区域执行各种任务，监测区域包括环境险恶，人类无法或者难以接近的地方，如武