基于节点可变功率的无线传感器网络定位研究

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无线传感器网络是由大量传感器节点通过无线通信方式组成的一个多跳自组织网络,用以实现对物理世界的监控,是影响人类未来生活的十大新兴技术之一。而节点自定位技术作为无线传感器网络的重要支撑技术,能够获得网络中节点的精确位置,具有十分重要的现实意义。DV-Hop定位算法是一种实用的低硬件需求的免测距定位算法,在各向同性的密集网络中,该算法可以取得较合理的定位精度。然而在大量随机分布的网络中,特别是节点路径弯曲度较大时,定位精度则非常不理想。  本文在分析现有无线传感器网络定位算法的基础上,结合节点功率控制技术,提出一种基于节点可变通信功率的VPDV-Hop改进算法。基于功率控制技术的节点能量分级模型不仅能优化平均跳距和跳数矩阵,还可以作为距离约束集进一步对估计距离进行修正,提高估计距离的精度。本文还为VPDV-Hop算法设计了的三种工作模式,以及四种关键增强节点的选举方法,提高该算法的适用范围和灵活性。相对于传统的DV-Hop算法,VPDV-Hop虽然在一定程度上增加了锚节点和部分未知节点的通信开销,但定位精度却得到明显提高,特别适用于不规则网络中。  在Matlab7.0平台的仿真分析中,先是对关键节点选举方案进行仿真分析,概率选举法用50%的节点为代价取得与模式一相近的定位效果,分区选举法使增强节点尽可能多的覆盖网络区域,而锚间取中法和锚未取中法选取网络中弯曲路径的中点进行增强,最有效地改善算法在不规则网络的定位效果。选用较好的选举方法二作为第三种工作模式的选举方案,对VPDV-Hop三种工作模式以及相关对比算法进行仿真,结果显示:即便在低通信半径和低锚节点比例的情况下,VPDV-Hop仍能取得显著改善;在不规则网络中效果更佳;其中模式三用尽可能少的代价取得了全网增强型VPDV-Hop的效果,是一个性价比最高的工作模式。
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