基于RSSI的WSN定位算法优化及定位系统的实现

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1、-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景及研究目的和意义1.1.1无线传感器网络概述无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，WSN）将监测区域内数量众多的传感器节点按照自组织的方式构成，动态的协同感知监测对象，节点间通过无线通信技术以单跳或者多跳交换信息[1]，是一种将感知、采集、处理和传输信息集于一身的无线网络[2]。一方面给用户提供在网络覆盖范围内感知和采集到的监测对象的实时信息，另一方面，可根据用户指令对网络节点进行控制。WSN起源于冷战时期美国军方为了监视敌方舰艇的研究项目[3]。众所周知，无线传感器技

2、术的发展，得益于集成电路技术、微机电系统技术、片上系统、传感器技术和无线通信技术的不断进步，以及各个学科领域交叉合作。近年来，WSN良好的灵活性、容错性、抗毁性、动态拓扑、低能耗的特点，以及随着技术水平提高，WSN成本逐步降低，使其在众多新型网络中脱颖而出，应用于军事国防和日常生活都成为可能，得到各国政府、公司和研究机构的高度重视和大力投入，广泛应用于多个领域，如表1-1所示[4]。不愧被美国权威期刊评为“对人类生活生产影响深远的新兴技术”[5]和“未来将掀起产业浪潮的高新技术”[6]，美国橡树岭国家实验室甚至断言：“IT时代正从‘计算机即网络’转

3、变为‘传感器即网络’”[7]。表1-1WSN主要应用领域应用场合国防军事获取情报、跟踪目标、装备管理环境监测森林火灾、洪水监测；土壤湿度监控工业生产自动化生产、仓库管理医疗卫生药物管理、远程服务日常生活智能家居、空间探索地下、宇宙探索其他方面商店人流控制、交通管理无线传感器网络系统结构如图1-1，传感器节点（SensorNode）、网关—汇聚节点（SinkNode）、用户端—任务管理节点（ManagerNode）[8]。监测区域内，传感器节点自组织形成网络，经多跳通信将检测数据传送到汇聚节点[9]，通过互联网、卫星或者移动通信网络送到任务管理节点[

4、10]。一般来说，传感-1-----哈尔滨工业大学工程硕士学位论文器节点处理能力较弱，是一个微型嵌入式系统，具有终端和路由器的功能；汇聚节点处理、通信能力较强[11]，连接传感器网络和外部网络，实现协议转换[12]。GPRS/Internet/卫星CD汇聚节点ABE传感器节点任务管理节点监测区域图1-1WSN系统组成传感器节点主要由数据采集、处理、传输以及电源四个模块构成，还可以附加其他系统，例如节点定位系统和移动系统等，如图1-2。节点定位系统移动系统处理器传感器AD转换器存储器射频收发器数据采集模块数据处理模块数据通信模块电源及管理电路图1-2

5、WSN节点结构WSN受到各界的青睐正是因为它与众不同的特性：WSN将感知、处理和传输融为一体，同时实现集成化和微型化；节点众多，具有较高容错性；网络中各节点地位平等，可随时加入或离开，无控制中心，既灵活又有较强的抗毁性；动态拓扑；网络布置不依赖其他网络设施，快速独立建立网络；采用多跳传输，每个节点既能接收信息也能转发信息。但另外一些劣势也是我们研究中应该尽量克服的，如硬件资源有限、电源有限等。-2- -------- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- --------哈尔滨工业大学工程硕士学位论文1.1研究目的和

6、意义可以说WSN大多数应用都依赖于传感器节点的位置信息，即获取到的数据如果没有对应的位置信息则没有任何意义。节点只有明确自身位置，才能与其他节点协作处理、传递信息，让用户更好的了解了在什么位置或区域发生了什么特定事件，从而用户可以及时采取有效的措施和控制。另外，传感器节点位置信息还能够提高路由效率，对实现网络负载均衡调节和网络拓扑自配置起到关键性作用。实时、精确的定位技术成为WSN发展的关键技术和瓶颈。定位，即位置感测[13]，主要包括两层含义：节点自我定位与移动目标定位跟踪。前者是属于网络中间件的技术研究范畴，为网络的路由层和应用层提供节点位置信

7、息的服务；后者属于WSN应用层的技术研究范畴，以节点定位为基础，利用协同信号处理，实现运动目标的定位跟踪。目前已经被广泛使用的定位技术主要有全球定位系统（GlobalPositioningSystem,GPS）[14]和GSM、CDMA蜂窝无线通信网定位系统。前者依靠24颗人造卫星和地面站组成全球无线导航与定位系统，提供全球、全天候、三维实时的高精度、强抗干扰能力的定位服务；后者根据用户在网络内所处的小区或基站，标识移动终端位置，精度取决于小区的大小。但这两种技术不能直接用于WSN。因为这两种技术接收机体积大、功耗大，不满足WSN节点微型化、低功耗

8、的特点；成本高，不能在WSN数量庞大的节点上实现；某些场合易被摧毁，如战场。除此之外，日益增长的室内定位需求，诸如医院门诊