無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中位置感知的若干關(guān)鍵問(wèn)題研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)集中了微機(jī)電系統(tǒng)、感知技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、信息處理技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù),孕育出一種全新的信息獲取和處理模式。位置信息對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要,只有知道了位置信息,傳感器網(wǎng)絡(luò)感知到的各種上下文信息才變得更有價(jià)值。本文針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的位置感知這一研究熱點(diǎn)展開(kāi)論述,具體內(nèi)容如下:在分析總結(jié)了現(xiàn)有的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身定位算法的基礎(chǔ)上,提出了一種高精度節(jié)點(diǎn)自定位算法CoTOA。在集中式應(yīng)用環(huán)境中,基于時(shí)間到達(dá)測(cè)距技術(shù),運(yùn)用

2、約束最優(yōu)化方法,通過(guò)乘子法進(jìn)行迭代計(jì)算,巧妙地將定位誤差逐漸降到最小,最終求得未知位置的節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)坐標(biāo)。定位的計(jì)算過(guò)程由網(wǎng)關(guān)sink節(jié)點(diǎn)來(lái)執(zhí)行,傳感器節(jié)點(diǎn)不必承擔(dān)大量計(jì)算。此定位方法的架構(gòu)設(shè)計(jì)大大節(jié)約了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)普通感知節(jié)點(diǎn)的計(jì)算開(kāi)銷。文中采用軟件仿真的方法對(duì)定位性能進(jìn)行了分析,仿真結(jié)果顯示此定位算法可以獲得高精度的定位結(jié)果,并且此算法的能量消耗很少,符合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)要求。目前的路由研究熱點(diǎn)主要集中在保證信息傳送成功的情況下

3、盡可能節(jié)約無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量上面。本文從這一關(guān)鍵點(diǎn)入手,提出了一種應(yīng)用于集中式應(yīng)用環(huán)境下基于位置的能量有效路由算法SEGR。該算法假設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)位置已知,采用集中式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路由由網(wǎng)關(guān)sink節(jié)點(diǎn)來(lái)計(jì)算、更新并分發(fā)。網(wǎng)關(guān)sink根據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置信息及剩余能量信息,利用Dijkstra算法計(jì)算出最佳路徑,然后將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最佳下一跳信息發(fā)給相應(yīng)節(jié)點(diǎn),開(kāi)始新一輪的數(shù)據(jù)傳送。該架構(gòu)將路由計(jì)算及發(fā)布的能量消耗盡可能地轉(zhuǎn)移到網(wǎng)關(guān)

4、節(jié)點(diǎn)sink上,很大程度上減輕了普通傳感器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算負(fù)擔(dān)和通信負(fù)擔(dān)。從而達(dá)到節(jié)約傳感器節(jié)點(diǎn)的能量、延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生命周期的目的。就本文所重點(diǎn)關(guān)注的傳感器節(jié)點(diǎn)自身定位和路由協(xié)議來(lái)說(shuō),目前這兩個(gè)領(lǐng)域結(jié)合的成果非常少,單一技術(shù)的研究目的是為實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整系統(tǒng)打基礎(chǔ)的。本文將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自定位和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議兩項(xiàng)技術(shù)結(jié)合在一起,提出一個(gè)協(xié)同設(shè)計(jì)的模式,在設(shè)計(jì)初期就讓兩個(gè)技術(shù)采用一樣的模式、一樣的參數(shù)、一樣的規(guī)則等,尤其是在節(jié)點(diǎn)自定位和

5、計(jì)算基于位置的路由階段去掉了中間的冗余環(huán)節(jié),為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)約了不必要的能量消耗。隨后對(duì)協(xié)同設(shè)計(jì)的效果進(jìn)行了軟件仿真分析。仿真結(jié)果證明,協(xié)同設(shè)計(jì)最終達(dá)到了節(jié)約能量、減少整合兩個(gè)系統(tǒng)的工作量、提高效率、進(jìn)一步延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期的目的,協(xié)同設(shè)計(jì)的性能也完全可以滿足基本應(yīng)用的需求,為建立位置感知應(yīng)用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。在當(dāng)今越來(lái)越普及的社交活動(dòng)中,大們經(jīng)常要出席會(huì)議、參觀展覽等。往往很多地方是第一次去,如果當(dāng)?shù)氐姆?wù)人員服務(wù)不周到的話,用戶需要

6、花費(fèi)大量精力才能找到準(zhǔn)確地點(diǎn)。如果系統(tǒng)能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出用戶的下一時(shí)刻位置,那么根據(jù)當(dāng)時(shí)的上下文環(huán)境就可以為用戶主動(dòng)提供導(dǎo)向等服務(wù)。本文利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)位置感知技術(shù),提出一種在室內(nèi)環(huán)境下的位置預(yù)測(cè)算法。該算法將大樓內(nèi)的房間及走廊等建筑拓?fù)溆成涑墒覂?nèi)地圖,在此基礎(chǔ)上,利用機(jī)器學(xué)習(xí)、分類等知識(shí),將用戶的歷史上下文信息和當(dāng)前上下文信息作為回歸模型中的維進(jìn)行求解,最后根據(jù)判別函數(shù)的結(jié)果預(yù)測(cè)用戶下一時(shí)刻的位置。之后文章舉例說(shuō)明了該預(yù)測(cè)算法的應(yīng)用,并對(duì)