无线传感器网络定位技术综述

首先介绍无线传感器网络定位技术的相关术语、评价标准等基本概念及定位算法的分类方法;重点从基于测距和非测距两个方面介绍无线传感器网络的主要定位方法,并研究和分析若干新型无线传感器网络定位方法,主要包括基于移动锚节点的定位算法、三维定位算法和智能定位算法。从实用性、应用环境、硬件条件、供能及安全隐私等方面出发总结当前无线传感器网络定位技术存在问题并给出可行的解决方案后,展望未来的研究前景与应用发展趋势。     

基于改进蝙蝠优化算法的无线传感器网络定位研究

为解决传统DV-Hop算法在无线传感器网络中存在的定位误差大的问题,提出了一种基于改进蝙蝠优化算法的无线传感器网络(WSN)定位方法。首先,构建WSN协同定位模型,并将传统蝙蝠算法与元胞自动机进行融合取代DV-Hop算法中的最小二乘法来计算网络中未知节点的位置,提高算法的搜索能力;其次,引入小生境技术和个体灾变机制,避免算法陷入局部最优,提高全局搜索能力;最后,通过仿真实验进行性能对比分析。实验结果表明,所提算法在节点呈随机分布、C型分布和O型分布的情况下均能够有效实现对未知节点的准确定位,且定位精度和收敛速度均优于对比算法;所提算法的定位精度随锚节点总数、锚节点比例以及通信半径的增加而增加,随传感器测距误差增加而减小。     

基于移动信标的水下无线传感器网络定位算法

针对现有水下无线传感器网络定位算法定位精度不足且无法适应水下多变的网络拓扑的问题，提出一种基于移动信标的水下无线传感器网络定位算法。首先通过RSSI测距定位和DV-Hop算法获取未知节点的大致分布情况，其次以未知节点定位覆盖率作为目标函数，采用经过自适应惯性权重和柯西-t扰动策略优化的改进秃鹰搜索算法迭代求解信标节点移动的最优位置，最后信标节点移动到最优位置再对未知节点进行重新定位。仿真结果表明,与对比算法相比，移动信标节点定位算法能有效提高未知节点定位精度，在网络拓扑变化时也能保持较高的定位精度且定位效果稳定。     

采用RSSI模型的无线传感器网络协作定位算法

由于无线传感器网络定位成本较高,精度不能满足要求以及通信和计算开销过大等问题,提出一种针对定位各阶段实施误差抑制措施的接收信号强度指示(RSSI)测距的协作定位算法。测距阶段通过周期性测量获得模型动态参数,采用相对误差系数对RSSI测距进行校正,定位阶段则基于泰勒级数扩展线性最小二乘方法实现位置估计,采取残差加权法优化位置坐标,减小非视距(NLOS)的不利影响。引入协作定位,将符合要求的节点升级为参考节点参与定位计算,进一步提高定位覆盖率和精度。实验结果表明,所提算法精度接近基于真实坐标的泰勒级数扩展LS算法,相同条件下的精度远高于传统估计算法。节点最大定位误差为0.15,最小定位误差为0.08,网络节点平均定位误差为0.109,能够满足大规模无线传感器网络(WSN)的定位需求。     

基于RSSI的无线传感器网络节点定位技术研究

无线传感器网络节点定位技术是无线传感器网络应用研究的基础。采用传统的无线信号传输损耗模型的RSSI定位方法的精度不能够满足许多用途。为了提高定位精度,提出了一种分段线性拟合传输损耗模型,比较表明在复杂的环境下该模型对实际传播损耗曲线的逼近效果更好。文中利用该模型对节点进行RSSI定位,并且对该模型的定位效果进行了仿真,结果显示其较之传统模型可以明显提高在复杂环境下的定位精度。     

基于序列加权的无线传感器网络定位算法

针对阶次序列定位算法的复杂度高和定位精度低的问题,提出了一种新的无线传感器网络阶次序列加权定位算法,给出了该算法的基本原理与实现方法。该算法首先采用Voronoi图对定位空间进行划分,将多边形的点、面的重心及其和边界交汇点作为虚拟信标节点,然后建立虚拟信标节点到信标节点的阶次序列表。最终,该算法计算未知节点序列与构建的最优序列表中各序列的Kendall阶次相关系数,通过对系数的归一化处理实现未知节点位置的加权估计。仿真结果表明,新算法在降低算法复杂度的同时降低了边缘节点定位误差,定位精度也有所改善。     

基于果蝇算法优化蒙特卡罗锚盒移动算法的无线传感器网络节点定位

为了提高无线传感器网络定位精度，应用果蝇算法(fruit fly optimization algorithm, FOA)-蒙特卡罗锚盒(Monte Carlo anchor box, MCB)算法对无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)系统中移动节点进行定位建模，分析了移动速度、锚节点密度和样本数对定位精度的影响。研究结果表明：FOA优化MCB算法具有比MCB算法更优的定位精度，当节点移动速度变大后可以获得更小的定位误差，在10 m/s的速度下获得了最低误差值情况下锚节点数量和移动节点定位误差之间的变化曲线；当锚节点较少时，MCB与FOA优化MCB形成了较大的定位误差；随样本数增大，定位误差逐渐减小，在样本数达到150时获得一个稳定的定位误差。研究对无线传感器网络定位精度具有很好的应用价值，易于实现推广。     

无线传感网络定位算法研究

本文介绍了无线传感网分布式定位技术的发展情况、基本原理和目前几种主流的算法。针对其中基于距离矢量的三种算法作了详细的介绍而且对基于节点间实测距离的定位算法进行了改进。最后仿真分析DV_Distance改进后的算法并验证了其良好的性能。     

移动机器人辅助下基于GM-CKF的无线传感器网络节点定位研究

针对无线传感器网络(WSNs)节点定位问题,提出一种移动机器人辅助作用下,融入高斯混合容积卡尔曼滤波(GM-CKF)优化的节点定位方法。将移动机器人与WSNs结合,发挥两者的特点和优势,充分利用机器人的机动性及无线传感器节点的可计算性,设计并仿真了一种机器人-节点、节点-节点协作的节点定位方式,并利用带有门限判别和选择性高斯分割的GM-CKF算法,对目标节点的预估位置实施预测修正。仿真结果表明,所提出的移动机器人与WSNs协作定位方法实现了对节点的定位估计,GM-CKF算法的融合有效提高了定位的精度和稳定性。     

无线传感器网络节点低功耗设计策略

为了降低无线传感器网络节点的功耗,从硬件和软件方面论述了节点的低功耗设计策略,包括传感器、单片机、无线通信模块等器件选择原则,采取降低单片机工作电压、工作频率的方法和增加无线模块睡眠时间,减少软件运行时间等措施。设计了基于MSP430F449单片机与CC2420无线通信模块的传感器节点。测试表明,按照低功耗策略组建的节点在智能化节能温室无线监控系统中应用良好,工作稳定可靠,具有突出的低功耗性能,达到预期目的。     

一种缩小定位区域的改进APIT无线传感器

通过对现有文献的分析可知传统APIT算法存在着定位误差大和覆盖率低的问题。针对上述问题,提出一种APIT的改进算法。引入缩小定位区域的思想,通过多次运用PIT算法求定位区域质心,将原APIT算法的一轮定位扩展为多轮定位,逐步减小定位区域,将较小定位区域的质心坐标作为未知节点的坐标,减小定位误差;同时,改进算法充分运用可移动的信标节点,逐步增加定位覆盖率。在MATLAB环境的各场景下对改进算法进行仿真,并将其与原有算法进行对比。仿真结果表明,改进算法能够在减小节点定位误差的同时提高定位覆盖率。     

传感器网络中一种能量有效的自适应成簇算法

为了延长网络的生存时间,需要设计能量有效的协议,以适应传感器网络的特点.本文在LEACH的基础上,提出了一种适合无线传感器网络的能量有效的成簇算法DEEAC.在DEEAC中,每一个节点均基于最优簇首概率popt自主地确定自己是否为临时簇首.该临时簇首通过收集到的簇内信息,根据簇内通信总能耗最小化原则,选择一个使得簇内通信代价尽可能小且在最近(r mod (1/popt))轮中没有成为簇首的簇内节点作为该轮的最终簇首.模拟实验表明,DEEAC与LEACH相比具有更好的性能,优化后的簇首选择策略可以在不同场景下有效延长网络的生存时间.     

一种能量均衡的无线传感器网络分簇算法

本文基于优化理论求簇首优化解,使整个网络的能量按照分簇达到均衡,极大地提高了节点的能量利用率和网络寿命.仿真结果显示,该算法使网络的寿命提高了10%～25%.     

基于共面度和分层结构的WSN三维定位算法

定位技术是无线传感网络的关键技术之一,而三维定位更是定位技术的难点和研究热点。研究了现有的各种典型定位算法,分析了它们的优点与不足之处,并在具有代表性的距离无关算法DV-Hop的基础上提出了两种改进算法,分别是基于共面度的三维DV-Hop算法和基于分层结构的室内三维DV-Hop算法。前者通过分析参考点拓扑结构对定位造成的影响,提出了共面度的概念,并且结合了多重阈值选择策略,仿真结果显示该算法比原算法提高了定位精度、减少了不良节点比例,并且具有更好的稳定性。后者通过分析建筑物中节点水平分层分布的特点,提出了分层结构的定位思想和投影测距算法,仿真结果显示该算法比原算法在参考点比例较低的情况下表现出更好的鲁棒性和稳定性。     

无线传感器网络中一种能量有效的混合式拓扑控制算法

与AdHoc网络不同,无线传感器网络以降低节点的能耗作为首要的设计目标.针对节点能量有限的特点,提出一种能量有效的混合式拓扑控制算法--EAHTC算法.该算法优先选择剩余能量高的节点担任簇头节点,而且算法采用局部信息,动态调节节点通信范围,改变一跳可达邻居数量,从而减轻MAC层负担达到节能的目的.同时在网络运行过程中,算法通过周期性重新选举簇头,减小并均衡网络中节点的能耗,从而进一步延长了网络的生存期.仿真结果验证了该算法的有效性.     

无线传感器低功耗路由算法

为了使无线传感网络维持在小的路由信息的同时进一步降低无线传感网络节点能耗,提出了一种改进的LEACH算法。该算法采用多跳路通信方式,对簇头与sink节点的通信过程中的节点能耗进行优化。为了避免能量过低的节点被作为簇首的情况,在每一轮的簇首选举过程中,节点剩余能量成为选举簇头节点的重要指标。然后用MATLAB进行仿真,实验证明,与经典LEACH算法相比,改进LEACH算法网络能量消耗更加均衡,使网络的生存时间有很大程度上的提高。     

无线传感器网络故障管理架构设计方法概述

随着无线传感器网络应用研究的持续升温,越来越多的研究人员认识到无线传感器网络故障管理的重要性,而故障管理的架构是其中的一个关键问题。本文对无线传感器网络故障管理的架构设计技术进行综述,把它们划分成集中控制结构、分布控制结构、阶梯式控制结构和基于移动装置的结构四大类,并分别对每种结构的特征和发展进行了描述,并总结出目前需要研究的问题。