無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位及覆蓋技術(shù)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSNs)是隨著半導(dǎo)體技術(shù)、微系統(tǒng)技術(shù)、通信技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生和迅速發(fā)展起來的。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由各類集成化的微型傳感器節(jié)點協(xié)同感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的數(shù)據(jù)，通過嵌入式系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行處理，并通過隨機自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)傳送給基站，最后通過互連網(wǎng)或衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)到達管理節(jié)點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目前廣泛地應(yīng)用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域

2、。而在這些應(yīng)用研究中，節(jié)點定位和網(wǎng)絡(luò)覆蓋是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的兩個研究熱點。節(jié)點的位置信息對于實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)眾多應(yīng)用起到至關(guān)重要的作用;而網(wǎng)絡(luò)覆蓋則決定了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所能提供的服務(wù)范圍，也在很大程度上影響了網(wǎng)絡(luò)的成本和各種具體應(yīng)用的性能。
　　本文針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點定位與網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)進行了比較深入的研究與探討。在節(jié)點定位方面，首先分析改進了傳統(tǒng)DV-Hop定位算法，然后以核方法為研究手段，結(jié)合主流學習算法，提出了兩種

3、新型定位算法;在網(wǎng)絡(luò)覆蓋方面，主要針對靜態(tài)覆蓋中基于虛擬勢場的覆蓋算法做了研究，提出了基于靜電場理論的移動傳感器網(wǎng)絡(luò)部署算法。本文的主要研究內(nèi)容以及創(chuàng)新點如下:
　　1.提煉出了DV-Hop算法產(chǎn)生誤差的幾個原因，在此基礎(chǔ)上提出使用粗定位到精確定位的遞增式算法，并且在三邊測量法計算階段引入共線度概念，選擇定位質(zhì)量好的單元進行計算，從而使定位算法得到了較高的定位精度;
　　2.借助移動信標節(jié)點，使其按照規(guī)劃的路徑移動，從而產(chǎn)生

4、若干個虛擬信標節(jié)點，這樣可以有效減少真實信標節(jié)點的數(shù)量。同時將由這些虛擬信標節(jié)點與監(jiān)控區(qū)域未知節(jié)點交流獲得的信號向量作為直推支持向量機中訓(xùn)練的有標簽數(shù)據(jù)樣本。根據(jù)訓(xùn)練樣本的特點，提出一種多類對多類的分類法，據(jù)此推斷未知節(jié)點的位置。實驗與仿真結(jié)果表明，該方法獲得了較高的定位精度;
　　3.提出了一種基于節(jié)點跳數(shù)和核方法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法，該算法的基本思想是利用高斯核函數(shù)度量節(jié)點間的相似性。通過收集和利用實際距離和節(jié)點間跳數(shù)信息

5、，將信標節(jié)點間的跳數(shù)信息和距離信息作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，使用偏最小二乘法學習并構(gòu)建其間的最優(yōu)模型，并用此模型預(yù)測未知節(jié)點到已知節(jié)點距離。實驗結(jié)果表明，本定位算法定位精度較高，受信標節(jié)點的數(shù)目影響較小，并且具有將強的環(huán)境適應(yīng)性，適合不同的部署環(huán)境等特點;
　　4.提出了一種基于虛擬勢場，分布式、自適應(yīng)、可擴展的移動傳感器網(wǎng)絡(luò)部署算法，該算法把部署區(qū)域內(nèi)的障礙物、節(jié)點等看作是帶電荷的粒子，粒子受到其它障礙物和粒子的庫侖力作用而產(chǎn)生運動，最終所