无线传感器网络节点自定位算法研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第3页1．3本论文的主要研究内容无线传感器网络是信息获取传感、信息传输与信息处理三大领域技术相互融合的产物。人们可以通过无线传感器网络直接感知真实客观的物质世界，从而极大地扩展了网络的功能和提高了人类认识世界的能力，也必将极大地推动相关学科的发展，并带来社会的深刻变革，逐步引领社会步入“网络即传感器’’的传感时代。作为无线传感器网络的关键技术之一的节点自定位技术，本身具有一定的研究价值。本论文的工作是围绕着无线传感器网络自身定位算法这一崭新的课题进行的，论文的研究内容安排如下：第一章主要介绍了无线传感器网络及其定位技术的研究背景、研究意义和研究现状。第二章

2、概述了无线传感器网络技术，介绍了无线传感器网络体系结构及节点的软硬件结构，定位技术的性能评价标准、分类，总结了近年来典型的定位系统和算法。第三章详细介绍了一种基于差分的无线传感器网络中的定位算法。该算法分为HopCount算法和HopDistance算法，分别对这两种算法进行了分析与研究。并把这种差分的思想运用到DV-Hop算法中，进行了改进和仿真比较。．第四章提出了一种基于协作的定位算法。对协作算法进行了详细的阐述，并对协作的质心算法和原始算法进行了仿真，做了性能比较。最后，总结全文，并展望未来的研究工作。西南交通大学硕士研究生学位论文第4页第二章无线传感器网络定位技术2．1无线传感

3、器网络概述传感器网络是当前国际上倍受关注的、由多学科高度交叉的新兴前沿研究领域。传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端，从而真正实现“无处不在的计算”的理念。传感器网络的研究采用系统发展模式，因而必须将先进的微电子技术、微加工技术、系统SOC芯片设计技术、纳米材料与技术、现代信息通讯技术、计算机网络技术等相融合，以实现其微型化、集成化、多功能化及系统化、网络

4、化，实现传感器网络特有的低功耗系统设计。传感器网络具有十分广阔的应用前景，在军事国防、环境观测预报、医疗护理、智能家居、建筑物状态监控等许多领域都有重要的科研价值和巨大的实用价值，已经引起了世界上很多国家的高度重视。2．1．1传感器网络结构在不同的应用中，传感器网络节点的组成不尽相同。但是一般都包括传感器节点(sensornode)、汇聚节点(sinknode)和管理节点。传感器节点散布在指定的感知区域内，这些节点通过自组织方式构成无线网络，以协作的方式感知、采集和处理网络覆盖区域中特定的信息，可以实现对任意地点信息在任意时间的采集，处理和分析。每个节点都可以收集数据，并通过“多跳"路

5、由方式把数据传送到Sink节点。Sink节点也可以用同样的方式将信息发送给各节点。Sink节点直接与Intemet或通信卫星相连，通过Intemet或通信卫星实现任务管理节点(观察者)与传感器之间的通信，如图2．1所示。西南交通大学硕士研究生学位论文第5页匮Taskm虱anager图2．1一个典型的传感器网络体系结构2．1．2传感器节点结构传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成，如图2．2所示。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换，被监测物理信号的形式决定了传感器的类型；处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其它节

6、点发来的数据，处理器通常选用嵌入式CPU；无线通信模块负责与其它传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据，主要由低功耗、短距离的无线通信设备组成；能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池。传鹱器楱块．黼茏线通信模块匿鬲刊m画一虱i臣瑶器H⋯H圈h强竺lJ-一一一一一j；二==!-j{一一一一一一JI一一一一一㈣，·I‘N·一一●能麓供窿模块图2．2传感器网络节点结构西南交通大学硕士研究生学位论文第6页2．1．3无线传感器网络特点目前常见的无线网络包括移动通信网、无线局域网、蓝牙网络、Adhoc网络等，与这些网络相比，无线传感器网络具有以下特点：0)N络节点

7、密度高，传感器节点数量众多，单位面积内所拥有的网络节点数较多，可以分布在很广泛的地理区域。无需底层基础设施，成千上万的传感器节点被抛撒或放置在特定区域后，自动完成邻居发现和路由发现，以自组织方式构成网络。(2)传感器节点要求小型化和微型化，且网络应具备容错能力以适应恶劣的环境，由于其携带的电池能量有限，为尽可能地延长传感器节点的使用寿命，其邻居节点间一般采用低功耗短距离无线通信，非邻居节点间采用多跳方式通信。(3)通信能力有限。WSN的通信带宽