基于AUV的UWSN定位技术的研究

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随着信息技术和网络技术的迅速发展,无线传感器网络得到了蓬勃发展。由于地球水域资源丰富以及研究领域的不断扩展,水下无线传感器网络受到更为普遍的关注。水下无线传感器网络具有通信能力有限、部署随机、传感器节点能量有限等特点,这与地面传感器网络相同。与地面传感器网络不同的是:无线电信号在水下易产生反射、折射、衍射等现象,无线电通信方式不能在水下工作,因此GPS无法应用于水下,这给水下无线传感器网络的研究和设计带来了新的挑战。定位技术是传感器网络协议和应用的基础,不仅可以协助实现网络的负载均衡和网络拓扑的自动配置,还为路由技术、拓扑控制和目标追踪等提供支撑。因此,本文在分析现有的水下传感器网络定位协议的基础上,基于水下节点定位误差较大的现状,分别提出了基于信标筛选和基于AUV(Autonomous Underwater Vehicle)协助的定位算法,算法根据未知节点从信标节点所接收到的RSSI值设置权重,根据权重筛选出合适的信标节点进行定位,以提高节点的定位精度,同时引入AUV协助水下无线传感器网络进行定位,根据未知节点周围信标节点的数目、信标节点的分布以及信标节点距离未知节点的距离来估算该未知节点的定位精度,筛选出定位精度较低的部分节点,然后利用AUV辅助这些节点进行二次定位,从而有效提高节点定位精度,降低节点的计算量和通信量。本文对以上算法进行了仿真实验和理论分析,结果表明本文提出的定位算法能有效提高节点定位精度。最后本文设计并实现了面向水环境监测的无线传感器网络原型系统,对算法思想进行了实际验证,系统测试表明基于AUV协助的定位算法具备实际可行性。
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