无线传感器网络节点自定位研究

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无线传感器网络(WSN:Wireless Sensor Network)正成为信息获取的一种新兴手段,而节点自定位技术是其中的一个重要分支。网络节点采集的数据往往需要确定的位置信息才有意义,对目标进行追踪需要预知节点位置,另外,许多网络路由机制,网络拓扑管理也是以预知节点位置信息为基础的。因此,确定节点位置是WSN最基本的功能之一,对WSN应用的有效性起着关键的作用。本文首先阐述了WSN中的定位问题,包括定位算法的基本原理,测量技术以及分类等。在此基础上,讨论了具有代表性算法的原理及其特点,并着重对基于距离的定位算法做了深入分析,定量地比较了它们的性能。针对Malguki算法随机性强,需要多次定位取最优值的特点,本文将MDS-MAP算法与Malguki算法结合提出了一种改进算法Malguki-MDS,并在定位精度和运算量两方面对其进行了仿真分析。仿真实验表明:在定位精度方面,无论误差如何,Malguki-MDS的定位精度远远高于原Malguki算法;当测距误差大于10%时,Malguki-MDS的定位精度高于MDS-MAP。在运算量方面,Malguki-MDS的运算量是原Malguki算法的30%左右,与MDS-MAP算法相当。本文的另一个研究工作是在分析遗传算法(GA:genetic algorithm)基本原理的基础上,尝试将其应用于WSN节点自定位,并建立了相应的数学模型。本文采用实数编码方法,选择合适的遗传操作算子,以MATLAB为仿真平台,统计分析了各参数对算法性能的影响,并将其与已有的五种基于距离的定位算法进行了比较。仿真结果表明,GA算法的定位精度次于CMA-MDS,优于Malguki,LMS和CMA,当锚节点数较多或测距误差较大时,GA算法比MDS-MAP算法定位精度高。在运算量方面,GA算法与Malguki相当,高于MDS-MAP和LMS,低于CMA;当定位误差较大或锚节点数较少时,GA算法的运算量低于CMA-MDS。所以,GA算法适用于锚节点数较多,测距误差较大,定位精度要求不是特别高的情形。另外,由于GA算法的运算量大,只适用于集中式定位。
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