无线传感器网络测距定位的关键技术研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:honghui2009
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无线传感器网络(WSN:Wireless Sensor Network)作为一种全新的信息获取手段,在军事、医疗、环境监测等众多领域都有着广泛的应用。由于网络节点采集的数据、对目标的追踪、网络拓扑管理等都需要确定的位置信息才有意义,因此,节点定位作为WSN众多核心技术之一,对WSN应用的有效性起着关键的作用。本文首先分析了无线传感网络的定位技术,介绍了定位算法的分类,分析比较了各种测距技术的优缺点,得出在各种测距技术中RSSI(Receive Single Strength Indicator)测距技术更适合对硬件的要求低、廉价、低功耗的无线传感领域,并描述了目前定位研究存在的一些问题。接着利用Crossbow提供的Micaz节点进行了基于RSSI测距技术的定位实验,得到了在同样距离下RSSI值随发射天线变化而变化的规律,并且针对RSSI值受发射天线角度影响的问题,通过实验建立了RSSI值与天线角度的关系,通过一定位置分布的锚节点对普通节点的位置进行估测,从而估测信号发射天线的角度,对RSSI值进行角度补偿,降低了天线角度对定位的不良影响。而后采用了一种多锚节点关联的方法,进一步提高节点估计位置的准确度,更有效地减小了信号发射天线角度对测距的影响。而由于RSSI值很容易受周围环境和人为因素的影响,会导致根据RSSI值计算出来的距离会有一定的误差。为了在距离存在一定误差的情况下计算出比较准确的位置,本文分析了常用的定位方法最大似然估计法,分析了影响定位精度的因素,把MDS多维定标技术应用到基于RSSI的无线传感网络节点定位中,并且分析了经典MDS的特点,对MDS做出了改进,进一步减小了误差。实验证明:MDS定位法的定位误差比最大似然估计法小。使用MDS定位法后节点的平均定位误差比极大似然估计法小5%。本文还利用Crossbow公司的MICAz套件,搭建了一个无线传感器网络定位系统。使用NesC语言对传感器节点编程,并结合TinyOS操作系统实现了传感器节点的数据采集。并且通过无线信号的传输把数据信息传送给基站,由基站通过串口把数据提供给PC机应用软件。在PC机上,用C#编写了一个软件系统,对数据进行分析和计算,对相关算法进行了实验验证。
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