无线传感器网络节点定位技术研究

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1、天津大学博士学位论文无线传感器网络节点定位技术研究ResearchonNodeLocalizationSchemeinWirelessSensorNetworks一级学科：计算机科学与技术学科专业：计算机应用技术作者姓名：李聃指导教师：温显斌教授天津大学计算机科学与技术学院二零一七年五月万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明

2、并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据万方数据中文摘要无线传感器网络由大量静止或移动的传感器节点以自组织和多跳的方式构成，用来协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，被广泛应用于军事、航空、环境、

3、家居、医疗、保健等众多领域。在无线传感器网络的实际应用中，如果没有位置信息，那么节点感知到的数据信息就没有任何意义。因此，传感器节点的定位在整个无线传感器网络的应用中至关重要。低能耗、高效率、高精度的传感器节点定位方法是无线传感器网络研究的热点。本文针对当前无线传感器网络节点定位算法存在的问题，以提高定位精度、增强定位算法为目的，从定位算法的效率、定位节点的比例、网络节点的密度、移动节点的速度等方面对静态和移动无线传感器网络的节点定位问题进行深入研究，提出了四种具有理论和实际价值的节点定位方法。本文具体的研究内容和创新点如下：1)提出了一种基于粒子群优化的分布式两阶段二维静态无线传感器网络节

4、点定位算法。该算法将节点定位问题转化为优化问题，并基于粒子群优化方法，通过构建边界盒方法缩小初始搜索空间，加快收敛速度；然后定义额外成本函数，增加预判和细化阶段来防止和改正近共线锚节点产生的翻转歧义现象，提高定位精度和可定位节点数量。仿真实验结果证明该方法可以在更少的计算时间内定位更多的未知节点并获得更高的定位精度。2)提出了两种三维静态无线传感器网络节点定位算法。一种将上述二维定位算法扩展到三维空间，研究了基于粒子群优化的分布式两阶段三维静态无线传感器网络节点定位算法。另一种分别通过顶点计数代替方块计数以及利用二跳锚节点信息剔除无效的顶点等手段，提出了改进的APIS算法，降低了算法复杂度、

5、提高了定位精度和定位节点百分比。上述定位算法均得到仿真实验的有效验证，结果表明可以根据不同场景的定位需求选择不同的方法实现三维节点定位。3)提出了一种基于蒙特卡洛盒的移动无线传感器网络节点定位算法。该算法针对采样效率及定位精度低的问题，首先，通过使用RSSI测距技术建立采样盒子并且在采样阶段和过滤阶段增加一个预设误差系数，提高了采样成功率和有效样本的准确性；然后引入粒子群算法来生成新样本，避免了采样过程和过滤过程的不断重复，并且在目标方程中，对二跳锚节点的权重采取分段动态取值，使样本生成的过程更加的准确和快速。仿真结果表明，该算法在不同的参数设置下，总是能达到更高的定位精度。4)研究了不同的

6、节点移动模型对定位算法性能的影响。节点移动模型是仿I万方数据真实验的基础，本文以蒙特卡洛盒算法为仿真对象，对移动无线传感器网络中四种经典的节点移动模型与定位算法性能的关系进行了研究，并结合仿真实验的结果指出了使用节点移动模型时需要考虑的问题。关键词：无线传感器网络，节点，定位算法，粒子群优化，三维，移动II万方数据ABSTRACTTheWSNiscomposedofalargenumberofstaticormobilesensornodesinaself-organizingandmulti-hopmanner,whichisusedtocollaborativelyperceive,co

7、llect,processandtransmitinformationoftheperceivedobjectsinthegeographicareacoveringbythenetwork,andiswidelyusedinmilitary,aviation,environment,home,medical,healthcareandmanyotherfields.Inthepracticalapplica