基于WSN定位技术的研究与实现

华东师范大学硕士学位论文基于WSN定位技术的研究与实现姓名：姜立娣申请学位级别：硕士专业：计算机系统结构指导教师：沈建华20071001基于WSN定位技术的研究与实现作者：姜立娣学位授予单位：华东师范大学相似文献(10条)1.学位论文康乐俊基于TDOA的无线传感器网络定位系统的设计与实现2009无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)是一种新型的低功耗、自组织、短距离无线传输技术，可以实时监测网络分布区域内的各种监测对象的状态信息。传感器节点定位技术，一方面是无线传感器网络动态组网的关键技术；另一方面，如果定位精度高，可用于人员或移动装备的精确定位，在军事国防、公共安全等众多领域都有着重要应用。br　　本文针对这种需求，基于超声波和射频信号到达时间差(TimeDifferenceofArrival，TDOA)定位技术，首先利用从位置已知的信标节点发出这两种信号到达待定位的未知节点的时间差确定节点间的距离，再根据多次距离测量，结合相应的定位算法计算未知节点的空间位置。在此基础之上对无线传感器网络节点定位系统进行了软硬件和算法设计，并且通过室内环境下的实验对系统性能进行了初步测试。论文主要研究内容包括：br　　1)设计了具有自定位功能的无线传感器网络节点，并完成了实物样机系统的制作与调试。改进了超声波收发模块的硬件电路，将超声波信号的有效传输距离从同类TDOA系统的7m提升到20m，从而使系统的定位范围显著增大。br　　2)根据TDOA定位技术的特点，对距离测量值进行了误差修正。按照信标节点与未知节点之间的几何关系，给出了信标节点的合理布局策略，提出了精度较高的节点定位算法。br　　3)结合定位系统中节点数据传输的特点，采用基于簇的分层网络拓扑结构，实现了动态簇头选取方法。在传输层基于停止等待ARQ策略，设计了保证数据可靠传输的无线传感器网络协议，并对策略进行定量分析。br　　4)对系统进行了实际测试，实验数据表明定位系统在无干扰的室内环境下，定位精度在30cm之内，并且具有较好的时间响应性。2.期刊论文顾一中.孙亚民.王华.王刚.GUYi-zhong.SUNYa-min.WANGHua.WANGGang基于北斗定位系统的新型无线传感器网络路由算法-兵工学报2009,30(3)结合无线传感器网络的特点,利用中国北斗定位系统的定位、通信功能,提出了一种新的基于地理位置信息的蚁群路由优化算法.该算法利用北斗卫星获取方向因子和传递簇间路由信息,从而减少搜索盲目性,提高路由效率.仿真结果表明:改进算法提高收敛速度,减少控制包的发送量,从而节约能量开销.3.学位论文张志宏基于时间片的无线传感器网络辅助定位系统及其应用研究2007随着计算机技术，无线通信网络技术和嵌入式系统等技术的飞速发展，各种新技术高度交叉融合，孕育出了许多新的信息获取和处理方式，无线传感器网络就是其中一个典型的例子，作为新兴的下一代传感器网络，这项技术被认为是21世纪最重要的技术之一。它既是一种全新的信息获取方式和处理方式，又是一种新型的无基础设施的无线网络，它能够协作完成实时检测，感知和采集各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，然后把信息传输给用户。它是计算机科学技术的一个新的研究领域，它以十分广阔的应用前景，引起了世界许多国家军事界，学术界和工业界广泛的关注。无线传感器网络集成了众多的关键技术，每项技术都有很高的研究价值，这其中定位技术是无线传感器网络应用的基础，也是研究热点之一。通过对当前定位技术及其应用的分析，本文提出了一种基于时间片的无线传感器网络辅助定位系统，该系统主要适用于信标节点呈线性分布或非闭合曲线分布的网络结构，通过对数据帧和相关传输机制的设计，有效的解决了数据传输过程中的冲突和拥塞问题，使该系统具有低成本，易部署，操作方便等特点。在系统试验平台的实现阶段，根据无线传感器网络低功耗，低成本的要求，我们选用了低功耗，低成本的无线收发模块和处理器模块，并依据设计方案，进行了网络节点程序设计，和数据分析软件设计，然后，通过实验验证了该设计方案的可行性。最后，文章给出了两个典型的应用实例--井下人员定位和公交车辆定位，分别给出了完整的解决方案，并对网络速度，通信功耗，节点修补等相关问题进行了论述。4.学位论文蒋仕俊煤矿井下安全监测与人员定位系统的应用研究2007煤矿安全监测技术是煤矿安全生产的重要保障。鉴于现有安全监测设备采用技术的局限性以及设备工作环境的特殊性，需要进一步提高该类设备的性能。在深入研究了无线传感器网络的基础上，结合参考当前煤矿安全监测设备的各项技术指标，设计的基于无线传感器网络的煤矿安全监测和人员定位系统将为煤矿事故避免及矿井员工安全提供更高的保障。通过深入研究国内外矿井安全监测技术，并对我国煤矿安全监测设备的现状进行了分析，提出了基于无线传感器网络的煤矿安全监测和人员定位系统的总体方案。该方案阐述了系统的总体结构、各部分的功能以及性能指标。完整的安全监测和人员定位系统的总体方案的设计，为系统各个部分的具体开发提供依据；为了适应煤矿井下工作环境，在现有无线传感器网络结点的基础上，设计了采用CC2420芯片为射频通信模块的无线传感器网络结点。根据实际环境的需求，结点硬件具有瓦斯、温度传感器电路，并编写了人员定位，数据采集、数据处理和数据收发等模块软件；通过对煤矿井下网络拓扑方式及连通性的研究分析，并参考无线传感器网络经典的路由协议，设计了基于距离有效性的层次路由协议。协议以结点间的最小距离为条件建立路由，层次化的设计思想更加适应网络拓扑结构的变化。针对网络通信可靠性的要求，设计了多路径作为保障。通过omnet++仿真测试，该协议在路由建立，维护和数据传输跳数等方面具有良好性能；针对矿井员工定位的需求，设计了基于RSSI的协同定位算法。该定位算法以结点内的地理坐标为依据，按照结点主次，采用极大似然估计法对结点位置的坐标进行计算，获得定位坐标。仿真结果表明定位精度达到预期目标。在煤矿井下安全监测与人员定位系统设计中，提出的基于距离有效性的层次路由协议与基于RSSI的协同定位算法，解决了将无线传感器网络应用于矿井监测的网络构架和定位精度问题；实现了以无线传感器网络为基础的煤矿安全监测和矿井人员定位系统。5.期刊论文可方玲.黄晓利.段渭军.王洪斌.KeFangling.HuangXiaoli.DuanWeijun.WangHongbin无线传感器网络TDOA定位系统的设计与实现-计算机测量与控制2008,16(2)分析现有的基于TDOA的无线传感器网络定位系统与算法,使用基于超声波传感器和无线射频模块的到达时间差(TDOA)测距技术,完成了该定位系统、机制和算法的设计和实现;针对传感器网络在实际应用中的不均匀性布撒和不良节点定位等同题,在TDOA测距技术和多边测量定位算法的基础上,提出一种改进的定位算法,以提高网络定位性能;实验表明,改进后的定位系统有效的减小了网络的定位误差,解决了不良定位问题,可应用到无线传感器网络中.6.学位论文徐晓羽无线传感器网络中一种混杂式定位系统的设计与实现2008微机电系统、射频通信技术和网络技术的不断进步促进了无线传感器节点向微型化、智能化和多功能化的方向发展，使得无线传感器网络具有广阔的发展空间和巨大的应用价值。目前无线传感器网络技术已引起各国政府、工业界和学术界的极大关注，成为当前信息领域研究和开发的热点，广泛应用于军事、环境监测、医疗护理、交通控制等领域。位置信息在无线传感器网络的诸多应用中至关重要，传感器节点收集的物理信息只有结合位置信息才有意义：除此之外位置信息还有助于提高路由效率、改善覆盖质量等。因此，本论文围绕无线传感器网络定位技术展开研究。论文首先综述了无线传感器网络的研究背景，描述了传感器网络中定位技术的分类及典型定位技术的一般模型，然后着重分析了适用于工程实现的定位技术的特点，并提出了混杂式定位系统的设计模型。混杂式定位系统由粗粒度定位系统和精细粒度定位系统组成。粗粒度定位系统利用接收信号强度作为判定依据，估计待测位置节点所位于的区域，而不是具体的坐标值。充分考虑到定位精度的需求和系统能耗的均衡，结合粗粒度定位系统估计的区域，由精细粒度定位系统对定位结果进行优化。精细粒度定位系统采用图像定位的方法，由该区域内锚点启动图像传感器，获取待测节点周围环境的图像，实现二值化和连通域着色，通过标定过程中已经求解的图像平面与现实世界平面的映射矩阵，获得待测节点的位置坐标。随后，论文给出了无线传感器网络混杂式定位系统的详细测试结果，并针对实际调试中出现的问题提供了可行的解决方案。测试证明，混杂式定位系统在定位精度和能耗方面具有较大的优势。最后，对论文所做的工作进行总结，并对下一步工作提出改进建议。7.期刊论文张俊霞.汪炀.李善亮.ZHANGJun-xia.WANGYang.LIShan-liang基于无线传感器网络的定位系统设计-计算机工程与应用2008,44(17)无线定位应用需求日益增长,研究无线传感器网络的定位应用具有重要意义.首先介绍基于无线传感器网络的定位系统的软硬件结构,然后从能量消耗、网络通信量和可靠性等方面来分析和选择移动结点的工作方式,并提出了使信标结点实现动态快速组网、提高网络通信效率和通信链路稳定性等所采取的措施,最后给出了在TinyOS下传感器结点的程序结构和实现,以及在服务器端实现的改进的加权质心定位算法.8.学位论文魏欣电气设备在线监测的无线传感器网络定位研究2009目前大型电气设备故障监测的数据都是通过有线传感器进行采集，并由通信电缆实现数据的传输。这类传感器的安装和维护费用往往非常高，甚至会超过传感器本身的费用。针对以上情况，有研究者开始探讨引入无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)技术。br　　大型电气设备故障监测技术要求准确定位电气设备内部的故障源。因此，采用无线传感器网络对大型电气设备的故障源进行定位，首先需要知道各个节点自身的位置。大型电气设备内部环境复杂，若采用人工部署的方式来获知每个节点所处的位置，将增加网络安装的复杂度和时间，有些地方甚至无法采用人工部署的方式来获得节点的准确位置。如果为每个节点配置GPS装置来定位，则会大大增加无线传感器网络的成本。此外，这些方式还大大的削弱了将无线传感器网络应用于大型电气设备故障监测的优势。因此，一种适合该应用环境的定位算法是必要的。br　　定位技术作为WSN关键技术，已经受到越来越多的关注，WSN的定位算法理论研究已经取得了很多成果。然而，开发出一个适合所有应用环境的无线传感器网络定位系统是不可能实现的，这就使得定位系统的研究任务变得非常艰巨。实现任何一种无线传感器网络定位算法时都必须考虑网络的基础设施、网络的连通度、节点密度、锚节点密度、测距精度、通信和计算开销等这些影响定位算法性能的因素。同时还要考虑到无线传感器网络拓扑结构的改变对定位算法的影响。此外，还必须考虑算法的容错性、抗毁性和可靠性。br　　本文在分析面向电气设备在线监测的无线传感器网络节点定位需求的基础上，提出了NMDS-MEEF算法，采用Matlab软件对算法进行了仿真实验，仿真结果表明，该算法具有定位精度较高、对锚节点依赖性小、测距误差对算法的定位精度的影响较小等优点。br　　接下来，本文利用现有的实验环境，开发了可以进行实验的算法。主要研究了RSSI测距技术在TinyOS操作系统上的实现，利用TinyOS操作系统和其它软件开发定位算法等。br　　最后，文章还对大型电气设备故障源的定位进行了初步的探索，从定位系统的底层节点定位模块到对故障源的定位都进行了描述。br　　然而，由于实验条件的限制，本文中提出的算法还有一些需要结合实际环境中的实验进行修正的地方未能完成。另外，要保证定位算法的稳定性，进一步提高定位精度，就需要开发更好的硬件平台，本文中采用的硬件平台是不能满足需要的。本文中的工作主要为将来进一步的研究打下了基础，具有一定的实用价值。9