无线传感器网络定位技术研究

中图分类号：TP393无线传感器网络定位技术研究精密仪器及机械韦战施伟斌副教授二○一一年二月学校代码：10252学号：082010169上海理工大学硕士学位论文无线传感器网络定位技术研究姓名韦战系别光电学院专业精密仪器及机械研究方向无线传感器网络指导教师施伟斌副教授学位论文完成日期2011年2月UniversityofShanghaiforScienceandTechnologyMasterDissertationResearchonLocationofWirelessSensorNetworksNameWei’zhanDepartmentOptical-ElectricalandComputerEngineeringSpecialtyPrecisioninstrumentsandmachineryResearchDirectionWirelesssensornetworkSupervisorProfessorShiWei’binCompleteDataFebruary2011学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学位论文保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。允许论文被查阅和借阅。本人授权上海理工大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日保密年□不保密□声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：年月日I摘要无线传感器网络融合了传感器技术、嵌入式技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或者监测对象的信息，并且对其进行处理，传送给所需要的用户。作为无线传感器网络的主要支撑技术之一，节点定位技术是大多数应用的前提和基础。节点定位技术即利用少数已知位置的节点，按照某种定位机制确定盲节点的位置。只有在节点自身正确定位之后，才能确定传感器节点监测到的事件的具体位置。因此，研究无线传感器网络节点定位技术具有十分重要的理论和实际意义。本文重点研究了无线传感器网络节点自身定位技术，为以后的应用开发和研究打下了基础。论文所做的主要工作如下：（1）分析了目前现有的定位技术并分类介绍各种定位算法的原理和性能，重点讨论了基于距离的定位算法，包括三边定位和多边定位方法。利用Matlab仿真了多种定位算法，并分析了定位算法的性能。（2）详细介绍了节点定位系统的设计和实现方法，包括两种方案。第一种方案是利用TI生产的射频芯片CC2430/CC2431作为硬件平台，使用TinyOS操作系统作为软件平台开发参考节点、盲节点和命令节点的程序，该方案是利用芯片CC2431定位引擎实现节点定位。第二种方案是在CC2430上通过软件设计实现节点定位，设计了基于RSSI测距的定位系统。（3）使用实际系统对基于RSSI测距定位方法的定位精度进行了测试，分析了测试数据，并对现有的WSN定位技术进行了总结。关键词：无线传感器网络节点定位距离相关ZigBeeTinyOSRSSIIIABSTRACTWirelessSenorNetworkisintegrationofsensortechniques,nestedcomputationtechniques,distributedcomputationtechniquesandwirelesscommunicationtechniques.Itcanbeusedtotesting,sensing,collectingandprocessinginformationofmonitoredobjectsandtransferringtheprocessedinformationtousers.TheperformanceofnodelocalizationwhichisregardedasoneofthesustainabletechniquesinWSNhasbeenthebasisofmostapplicationsinWSN.Self-localizationofsenoristogetthepositioninformationofnodebyusinginformationofsomeknownnodesandsomespecialmechanisms.Correctself-localizationofsensornodesinthepromotionofmonitoringeventsnormally.Therefore,thestudyofnodelocationtechnologyofwirelesssensornetworkhasimportanttheoreticalandpracticalsignificance.Thisthesisfocusesontheproblemofself-localizationinWSNandmakesfoundationontheresearchandapplicationoftheself-localizationinWSN．Theconcretecontentisasfollows：(1)Thisthesisintroducestheexistinglocalizationtechnologyandclassifiesvariouslocalizationalgorithms,andrange-basedmethodsarecarefullygiven.Thenodelocationcalculationcanadopttrilateralmethodormultilateralmethod.UseMatlabtosimulatesomelocalizationalgorithms,andanalyzestheperformancesofsomelocalizationalgorithms.(2)Thisthesiscarefullyintroducesthedesigningofthenodelocalizationsystem,includingtwoways.ThesystemadoptsthehardwareplatformbasedontheRFchipCC2430/CC2431basedonZigBeeofTItodesign,usetheoperatingsystemTinyOSasthesoftwareplatformtodevelopreferencenode,blindnodeandcommandnode.ThenodelocalizationcanusethelocalizationengineofthechipCC2431.ThesecondwayisthatthethesisalsogiveshowtoachievethenodelocalizationbasedonthechipCC2430.Thelocalizationsystemisbasedonrange-basedmethodsofthelocalizationalgorithm,andusealocationalgorithmbasedonRSSI.(3)BasedontheRSSI,thesystemgivesexperiments.ThisthesisanalyzesthetestdataandsummarizesthesystemKeywords：wirelesssensornetwork,nodelocation,range-based，ZigBee,TinyOS,RSSII目录摘要ABSTRACT第一章绪论.........................................................1§1.1研究背景...................................................1§1.2无线传感器网络定位技术.....................................1§1.3论文的组织结构.............................................3第二章无线传感器网络...............................................4§2.1无线传感器网络概述.........................................4§2.2WSN的体系结构.............................................4§2.2.1WSN的网络结构.......................................4§2.2.2WSN的节点结构.......................................5§2.2.3WSN的协议栈.........................................6§2.3WSN的特点及性能评价.......................................7§2.3.1无线网络标准比较.....................................7§2.3.2WSN的网络特征........................................7§2.3.3WSN的性能评价........................................8§2.4WSN的研究热点.............................................9§2.5WSN的典型应用.............................................9§2.6本章小结..................................................10第三章无线传感器网络定位技术......................................11§3.1WSN定位技术简介..........................................11§3.1.1基本概念............................................11§3.1.2定位算法分类........................................11§3.1.3定位算法的评价标准..................................12§3.1.4WSN的定位技术应用...................................13§3.2基于距离的（range-based）定位算法.........................14§3.2.1多边定位法和三边定位法..............................14§3.2.2常用的测距技术......................................16§3.3定位算法仿真实现..........................................19§3.3.1仿真平台Matlab简介.................................19§3.3.2定位算法实现流程....................................20II§3.3.3实验验证............................................22§3.4本章小结...............