应急环境下无线传感器网络构建和节点定位研究

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各种高新技术的飞速发展带动了无线传感器网络的产生和应用,并以其独特的网络结构和巨大的应用价值带来了感知领域的一场变革。作为一种新型的信息获取和处理技术,无线传感器网络不需要基础网络的支持并能实现自主自治控制,具有价格低廉、快速展开、抗毁坏性强等特点,在军事侦察、环境监测、农业生产等多个领域具有广阔的应用前景。在灾难发生区域快速部署无线传感器网络可以实时地监测各种环境指标,有效提高应急救援的效率和质量。同时,灾难发生的不可预知性、现场环境的复杂恶劣以及救援系统的急迫性等因素也对网络架构、节点的设计和一些技术的实现提出了许多特殊需求。因此,开展对应急环境下构建无线传感器网络的相关研究是十分重要和必要的。本文以构建应急环境下的无线传感器网络监测系统为切入点,首先详细分析了监测系统的需求,提出一个总体设计方案。其次,深入研究了该方案下一些关键技术的实现,主要包括MAC协议、移动节点的接入、路由协议和节点的定位。其中,基于X-MAC协议设计了一种移动节点的接入机制;针对传统定向扩散路由向全网广播兴趣导致流量和能耗过大等问题,提出“兴趣有效传播路径判定规则”,利用节点的位置信息使兴趣的扩散具有明确的方向性;提出一种基于DV-Hop的改进节点定位算法(ADV-Hop),通过限定广播报文的转发次数、丢弃较远距离的锚节点信息、依据节点间的跳数使用2种不同的平均每跳距离来估算实际距离,减少了网络流量,提高了定位精度和算法对不规则网络拓扑的适应能力。最后,针对改进的路由和节点定位算法设计并进行了相关的仿真实验。实验结果表明:使用“兴趣有效传播路径判定规则”可以大幅减少网络中转发的兴趣报文数目,减少消息回路,节约网络能量;ADV-Hop在不同场景下的定位结果相对稳定且定位误差较小,尤其在不规则的网络中其定位结果较其它两种参照算法有较大幅度的改善。
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