WSN中基于网络舒张的集中式节点定位算法研究

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节点定位是无线传感器网络研究中的核心技术之一,也是无线传感器网络的研究热点之一。由于无线传感器网络的节点播洒具有一定随机性,传感器节点的位置一般是无法预先确定的。但许多应用都要求网络中的节点能确定自身的位置,从而获得在信息采集过程中信息来源的位置,并且某些协议层的设计也需要节点定位服务的支持,因此,在这种情况下需要传感器节点知道自身的位置坐标。   为每一个传感器节点安装GPS模块可以很容易的解决节点定位的问题,但是,这样的传感器硬件成本太高,并且GPS在室内的定位效果并不理想甚至会完全失效。另一方面,由于无线传感器网络应用相关性很强,不同的应用有不同的特点和定位要求,所以难以设计通用的节点定位算法。因此,需要根据无线传感器网络的特点以及具体应用设计合适的定位算法。   针对无线传感器网络中存在小规模集中式系统的应用,本文对于不同的适用条件,基于网络舒张(mesh relaxation)提出新的集中式定位算法——StretchAlgorithm及其简化版Stretch-S。两算法的核心思想是,把网络模型化为质点-弹簧系统,提出先找出网络的中心节点和4个边角节点,再固定中心节点、抓住4个边角节点往不同方向拉伸该网络系统,然后释放系统能量至达到最小化,完成网络的预定位。这个方法能有效消除定位过程中网络局部拓扑结构的可折叠性和可翻转性。仿真结果表明,所提出的算法比现有的算法有更高的定位精度。   论文的主要创新点和研究工作如下:   1.提出Stretch Algorithm和Stretch-S。它们是基于网络舒张(mesh relaxation)的集中式定位算法,Stretch Algorithm适用于基于测距且测距精度较高的情况,Stretch-S适用于基于连通性或者基于测距且测距误差较大的情况。   2.详细解说网络舒张定位方法,以及其需要解决的问题,即局部网络拓扑结构的可折叠性和可翻转性,并描述和证明所提出的算法能有效解决该问题。   3.对相关定位算法进行了仿真实验与分析。通过Visual C++6.0仿真各定位算法,在不同网络条件下较为全面的考察了算法的性能,并对仿真结果进行相应的分析。结果表明,所提出的算法定位精度较高。本文的仿真结果对今后的研究与设计工作具有一定的参考价值。
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