無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位算法的Matlab仿真

1、學(xué)士學(xué)位論文無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位算法的Matlab仿真 質(zhì)心算法的Matlab仿真 姓 名：學(xué) 號(hào)：院 系：專 業(yè)：通信工程 指導(dǎo)教師：申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)學(xué)士 二一四年三月學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級(jí)

2、優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于：1、 保密 ，在_年解密后適用本授權(quán)書(shū)。2、 不保密 。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”）作者簽名： 年 月 日 玉溪師范學(xué)院2014屆畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位算法的Matlab仿真陳以達(dá)（玉溪師范學(xué)院通信工程系, 云南 玉溪 653100）I【摘要】 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)集成了傳感器技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信技術(shù)，已成為當(dāng)前IT領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。由于其具有網(wǎng)絡(luò)自組織、覆蓋廣以及高容錯(cuò)性等固有優(yōu)點(diǎn)以及組網(wǎng)成本低、構(gòu)建靈活、方便等特點(diǎn)，

3、使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事、民用等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一，節(jié)點(diǎn)自身的正確定位是提供監(jiān)測(cè)事件位置信息的前提。本文研究了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位算法的原理、分類和難點(diǎn)，分析研究了不同定位算法的原理并比較了他們優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了一系列解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位問(wèn)題的方法,并結(jié)合科研及實(shí)際需要進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究。最后，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位應(yīng)用系統(tǒng)基于Matlab進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)?！娟P(guān)鍵詞】 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；質(zhì)心算法；節(jié)點(diǎn)定位；MatlabAbstract: Wireless sensor network integrat

4、ed sensor technology, MEMS technology, modern networking and wireless communications technologies, IT has become one of the hot areas of current research. Because of its self-organizing network, the inherent advantages of wide coverage and high fault tolerance and low cost network, build flexible, a

5、nd convenient, making wireless sensor networks are widely used in military and civilian fields. Node positioning technology is a key enabling technology for wireless sensor network node itself correctly positioned to provide location information to monitor events premise. This paper studies the wire

6、less sensor network node localization algorithm principle, classification and difficulties, analysis of the principle of different positioning algorithms and compare their advantages and disadvantages. Conduct for wireless sensor network node positioning system technology research, proposed a series

7、 of solutions to the problem of wireless sensor network node localization, combined with the practical needs of research and learning and research. Finally, the design and implementation of a wireless sensor network positioning application system based on Matlab simulation experiments.Key words: Wir

8、eless sensor networks; centroid algorithm; node localization; Matlab目 錄一、緒論1 1.1 研究背景1 1.2 研究意義2 1.3 研究?jī)?nèi)容3二、設(shè)計(jì)要求及方案42.1 設(shè)計(jì)要求42.2 設(shè)計(jì)方案6三、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位質(zhì)心算法7 3.1 定位算法簡(jiǎn)介73.2 三邊測(cè)距定位算法83.3 質(zhì)心定位算法10四、定位算法在Matlab下仿真11 4.1 參數(shù)設(shè)定114.2 仿真實(shí)驗(yàn)124.3 實(shí)驗(yàn)分析18五、結(jié)論19致謝20參考文獻(xiàn)213一、緒論1.1 研究背景 隨著微電子技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展和不斷成熟，具有感知能力、

9、計(jì)算能力和通信能力的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)孕育而生。自從20世紀(jì)90年代國(guó)際上開(kāi)始對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究以來(lái)，其相關(guān)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，能夠以協(xié)作的方式實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的各種對(duì)象的信息，并進(jìn)行處理。這些信息通過(guò)自組織的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到用戶終端，從而實(shí)現(xiàn)物理世界、計(jì)算世界以及人類社會(huì)三元世界的連通. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)隱私保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究 趙寶康 國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和其它網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究方向是不同的，其它網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究主要針對(duì)傳輸速度和服務(wù)質(zhì)量，而wsn它的技術(shù)應(yīng)用是針對(duì)在錯(cuò)綜復(fù)雜的環(huán)境條件下

10、如何能有效及時(shí)獲得可靠信息并對(duì)信息傳播展開(kāi)研究。以一些成本較低的微型的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域范圍內(nèi)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)了以低成本付出而獲得最大監(jiān)測(cè)效益。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由眾多傳感器節(jié)點(diǎn)組成，眾多節(jié)點(diǎn)之間因應(yīng)用了無(wú)線通信的技術(shù)從而保證了節(jié)點(diǎn)之間的相互通信。其中，處理能力、內(nèi)存和通信能力的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的接收器節(jié)點(diǎn)是一般比普通的更強(qiáng)它負(fù)責(zé)連接無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)的外部網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)間以各種方式部署在監(jiān)測(cè)的區(qū)域，自己組織成網(wǎng)并通過(guò)多跳的方式進(jìn)行相互間的通信。通過(guò)與各種任務(wù)管理器的連接而構(gòu)成一個(gè)具有管理處理能力的有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)。下圖是典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)： 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組密鑰管理方案的研究

11、卞川 出處 南京航空航天大學(xué) 2010圖1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事國(guó)防、城市管理、生物醫(yī)療、搶險(xiǎn)救災(zāi)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、防恐反恐等許多重要領(lǐng)域都有潛在的實(shí)用價(jià)值，已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，被認(rèn)為是對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生重大影響力的技術(shù)之一。 1.2 研究意義在現(xiàn)代社會(huì)中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的作用日益凸顯，及其技術(shù)的成熟和應(yīng)用成本的降低，逐漸發(fā)展到了各個(gè)領(lǐng)域。目前現(xiàn)有的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位算法普遍存在有受環(huán)境影響大、精確度不高、不適用于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位等問(wèn)題,隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步成熟，其應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)研究對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)性能提高和實(shí)

12、用性保證有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)即對(duì)在復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境下(如圖書(shū)館、地下庫(kù)等)，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員以及物品的快速而精確的定位。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的研究有很多。其實(shí)在日常生活中定位技術(shù)并不陌生，例如我們最常見(jiàn)的超聲波、藍(lán)牙、紅外線、射頻識(shí)別、超寬帶、Wi-Fi、ZigBee等都是運(yùn)用了定位技術(shù)。 ：無(wú)線室內(nèi)定位系統(tǒng)研究沈田 中國(guó)新通信2009年17期經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位算法的資料查閱、對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位在環(huán)境條件影響時(shí)會(huì)使節(jié)點(diǎn)精確度偏離實(shí)際，在對(duì)移動(dòng)物體節(jié)點(diǎn)定位時(shí)不能準(zhǔn)確的定位其出位置。本論文的研究意義在于對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)技術(shù)的

13、分析比較，提出一種更好更精確的一種技術(shù)。得以實(shí)現(xiàn)一種更實(shí)用更準(zhǔn)確的應(yīng)用技術(shù)，讓無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位系統(tǒng)的應(yīng)用不論在多么復(fù)雜的環(huán)境條件中都能做到更好的對(duì)靜止物或移動(dòng)物的快速精確定位。 1.3 研究?jī)?nèi)容 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位在眾多科學(xué)研究領(lǐng)域都一直成為人們研究對(duì)象的熱點(diǎn)。在經(jīng)過(guò)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)質(zhì)心定位算法定位時(shí)的研究分析中，我們可以得到該算法在進(jìn)行定位時(shí)存在精度偏低的缺點(diǎn)。在對(duì)各算法進(jìn)行分析后我們?cè)诒疚闹刑岢鲆环N新型算法。這種算法其優(yōu)點(diǎn)為計(jì)算簡(jiǎn)單、定位準(zhǔn)確。相比傳統(tǒng)的質(zhì)心算法該算法的誤差率降低了很多，對(duì)未知節(jié)點(diǎn)也可以實(shí)現(xiàn)更精確的定位，在原來(lái)的基礎(chǔ)上更好的解決了無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的定位問(wèn)題。 無(wú)線傳感器

14、網(wǎng)絡(luò)無(wú)需測(cè)距技術(shù)節(jié)點(diǎn)定位算法研究與實(shí)現(xiàn)朱肖肖浙江工業(yè)大學(xué) 2007本文主要針對(duì)基于RSSI的定位算法的研究。以提高節(jié)點(diǎn)定位在定位時(shí)精確度為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)綜合全面的對(duì)質(zhì)心定位算法比較，發(fā)現(xiàn)其優(yōu)缺點(diǎn)，而提出對(duì)一種新的混合算法。在一定的程度上提高質(zhì)心定位算法在定位時(shí)的準(zhǔn)確度，最后通過(guò)MATLAB進(jìn)行仿真測(cè)試，得出定位算法的可行性。主要的研究工作如下:(1)主要研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)技術(shù)的原理、分類和難點(diǎn)，分析其原理并比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的難度以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)。(2) 求解衰落因子算法的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱第三章的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)算法研究。(3)通過(guò)比較綜合全面分析在文中提出的定位算法。判定是否得到了更準(zhǔn)確的精度。

15、(4) 把以上兩種算法相結(jié)合，通過(guò)MATLAB進(jìn)行了仿真測(cè)試，驗(yàn)證出該算法的可行性。本文的內(nèi)容安排一共分成五個(gè)章節(jié)，各章內(nèi)容如下:第一章，緒論。介紹了國(guó)內(nèi)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和在今天的社會(huì)中，國(guó)外研究，并介紹了本文的主要內(nèi)容 第二章，設(shè)計(jì)要求及方案。基于RSSI的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)上目前使用的算法首先詳細(xì)信息，比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。然后提出自己的改進(jìn)算法。第三章，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位質(zhì)心算法。對(duì)上提及和本文中提出的算法在matlab中進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并闡述仿真結(jié)果。第四章，質(zhì)心算法在Matlab下仿真。質(zhì)心算法在MATLAB仿真中，對(duì)質(zhì)心定位算法仿真所得到的的數(shù)據(jù)進(jìn)行列表繪圖及分析，并對(duì)算

16、法進(jìn)行評(píng)價(jià)。 第五章，結(jié)論。對(duì)本論文的研究工作總結(jié)，提出該還算法的一些缺點(diǎn)，面向未來(lái)繼續(xù)研究的方向。 在此次的畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文中，本論文中主要是根據(jù)對(duì)已有的節(jié)點(diǎn)定位算法分析比較，在此基礎(chǔ)上提出一種比較能更好的應(yīng)用算法，實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)便更精確的一種算法。綜合上述的內(nèi)容進(jìn)行研究。二、設(shè)計(jì)要求及方案2.1 設(shè)計(jì)要求無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由眾多傳感節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，以傳感器節(jié)點(diǎn)可以相互通信，或者，也可以直接與外界基站進(jìn)行通信。傳感器節(jié)點(diǎn)通常分布在一個(gè)區(qū)域，通過(guò)無(wú)線通信，形成自我組織的協(xié)調(diào)的物理世界的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)多躍點(diǎn)，彼此協(xié)調(diào)傳輸物理世界的信息。 在本設(shè)計(jì)當(dāng)中是我們將其節(jié)點(diǎn)定位算法基于ZigBee這一種新興的基

17、于IEEE802.15的技術(shù)下，以相互結(jié)合優(yōu)點(diǎn)而得到對(duì)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)在靜止物或移動(dòng)物進(jìn)行定位時(shí)得到更可靠定位效果。ZigBee是在這幾年中無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用相當(dāng)廣泛而實(shí)用的條件下興起的一種技術(shù)，給我們的生活改變了很多，促進(jìn)了我們?cè)谂c客觀世界交流和利用起到了很大的作用。ZigBee技術(shù)技術(shù)在進(jìn)行定位技術(shù)時(shí)提供了極大的幫助，且ZigBee技術(shù)成本低、功耗低的性能。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中是獨(dú)一無(wú)二的技術(shù)產(chǎn)品。無(wú)線定位在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中是最為重要的一種技術(shù)之一。在日益變遷的社會(huì)中的不斷應(yīng)用使人們知道了這項(xiàng)技術(shù)的重要性得到了更多的認(rèn)可，從而使得更多的科研人員的重視。本文根據(jù)自己在查閱和調(diào)查中主要簡(jiǎn)單分析和比較幾種常

18、見(jiàn)定位技術(shù)的基礎(chǔ)上,得出質(zhì)心算法在運(yùn)用時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)，隨之提出自己的觀點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)出一種新的算法。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法基于接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)的應(yīng)用上,提高了其定位準(zhǔn)確度。 基于ZIGBEE技術(shù)的室內(nèi)定位算法研究及應(yīng)用 董躍鈞 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用 2012年ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖所示。 圖 ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖ZigBee網(wǎng)絡(luò)包含三種設(shè)備類型：協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備。協(xié)調(diào)器是在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成中是第一設(shè)備，主要是在啟動(dòng)時(shí)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)啟動(dòng)。路由器的主要功能中轉(zhuǎn)終端設(shè)備，在運(yùn)用中終端設(shè)備時(shí)因?yàn)槭侵苯优c這個(gè)傳感器相連的，在工作中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，因?yàn)橛须娫垂╇娝云淇梢杂行菝郀顟B(tài)。ZigB

19、ee技術(shù)成功的成功之處不在于技術(shù)其本身，而在于更好的結(jié)合了其它技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。例如在使用GPS時(shí)對(duì)一些室內(nèi)的移動(dòng)物不能正確定位時(shí)，可以利用基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)移動(dòng)物準(zhǔn)確定位的技術(shù)，而進(jìn)行對(duì)移動(dòng)物的更精確的定位。例如，在各個(gè)場(chǎng)合中定位和監(jiān)控都是起著很重要的作用，如在對(duì)地下工作的人的定位也是相當(dāng)重要，這些應(yīng)用都是我們必要的社會(huì)設(shè)施。這些技術(shù)都是結(jié)合基于ZigBee的優(yōu)點(diǎn)而形成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而得以實(shí)現(xiàn)的。在各種環(huán)境中我們所需的定位技術(shù)也有一定的差異，而在對(duì)復(fù)雜室內(nèi)移動(dòng)物的定位，相比之下基于RSSI指紋算法可以更好的提高室內(nèi)環(huán)境的定位精度。 目前生活中常見(jiàn)的定位技術(shù)有很多種，

20、在面對(duì)不同的環(huán)境條件下我們所選擇的定位算法也應(yīng)當(dāng)隨其而變化。在我們應(yīng)用基于ZigBee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先考慮到了該算法在進(jìn)行定位時(shí)應(yīng)用成本較低、定位精度高、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)等各種情況。這種技術(shù)在對(duì)處于相對(duì)復(fù)雜環(huán)境中的移動(dòng)物體的定位時(shí)，其定位結(jié)果不是理想。而在情況下基于RSSI指紋算法得到的結(jié)果比較準(zhǔn)確。所以綜合上述我們?cè)谶M(jìn)行節(jié)點(diǎn)定位時(shí)要學(xué)會(huì)做到取長(zhǎng)補(bǔ)短的方法，結(jié)合各算法的優(yōu)點(diǎn)而形成更好的技術(shù)，得以實(shí)現(xiàn)更好的定位算法。 基于ZIGBEE技術(shù)的室內(nèi)定位算法研究及應(yīng)用 董躍鈞 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用 2012年2.2 設(shè)計(jì)方案 在本文章中首先闡述了本課題的研究背景、意義及在生活中的應(yīng)用等，在此次的設(shè)計(jì)當(dāng)

21、中首先主要分析比較常見(jiàn)節(jié)點(diǎn)定位算法：主要圍繞對(duì)普通定位算法、三邊測(cè)量算法、質(zhì)心算法這三種算法進(jìn)行。比較分析和仿真普通算法的基礎(chǔ)上，比較算法在節(jié)點(diǎn)定位在定位時(shí)的精度，最后經(jīng)比較在提出更精確的節(jié)點(diǎn)定位算法。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該要學(xué)會(huì)考慮能夠?qū)SN自身定位系統(tǒng)和算法的性能直接影響的因素，在對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)定位及定位算法的評(píng)價(jià)都是需要深入研究分析的的一個(gè)問(wèn)題。以下列出的幾種定性是其中常用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 (1) 定位精度。精度是用來(lái)衡量一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)定位在定位時(shí)的指標(biāo)。在應(yīng)用中以平時(shí)用誤差值與節(jié)點(diǎn)無(wú)線射程的比例來(lái)表示。 (2) 規(guī)模。在不同的定位環(huán)境中需要不同的定位系統(tǒng)。不同的定位系統(tǒng)

22、需要不同節(jié)點(diǎn)算法。所以在不同的技術(shù)設(shè)施中應(yīng)該以一種技術(shù)在相同環(huán)境中能定位多少目標(biāo)來(lái)衡量它的技術(shù)。 (3) 錨節(jié)點(diǎn)密度。錨節(jié)點(diǎn)在定位時(shí)是人工部署的，因此在工作中常常受到制約。錨節(jié)點(diǎn)在使用時(shí)成本相對(duì)偏高，且在沒(méi)有合理的布置下會(huì)給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)一些不必要的堵塞等問(wèn)題，所以在對(duì)錨節(jié)點(diǎn)布置時(shí)其密度也是我們必要考慮實(shí)行的任務(wù)之一。 (4) 節(jié)點(diǎn)密度。在WSN設(shè)計(jì)中一定要考慮,節(jié)點(diǎn)密度越大所付出費(fèi)用會(huì)隨之增大,而且節(jié)點(diǎn)工作中會(huì)形成一定阻塞。 (5) 容錯(cuò)性和自適應(yīng)性。當(dāng)在理想的環(huán)境條件下時(shí)，節(jié)點(diǎn)定位算法在應(yīng)用時(shí)都可以達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。而在外界環(huán)境中存在不同的干擾時(shí)，會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題。所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)做到容錯(cuò)性和自適應(yīng)

23、性，使得在有外界因素時(shí)能更好的運(yùn)行。保證在定位時(shí)的可靠性等問(wèn)題。也要做到設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)能夠通過(guò)自我調(diào)整、能自我適應(yīng)環(huán)境、減小各種誤差等影響,從而得到更好的定位精度。 (6) 功耗。功耗的性能是會(huì)因使用而隨之減少，所以這也是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)必須考慮的問(wèn)題之一。在傳感器節(jié)點(diǎn)電池有限的情況下,我們要做到節(jié)點(diǎn)定位精度,還要進(jìn)行相關(guān)計(jì)算、開(kāi)銷、時(shí)間復(fù)雜性等問(wèn)題做出明確的計(jì)劃。 (7) 代價(jià)。在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中代價(jià)可從幾個(gè)不同方面來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。這里所說(shuō)的代價(jià)是指時(shí)間代價(jià)、空間代價(jià)、所需付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。時(shí)間代價(jià)是指在對(duì)一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置后進(jìn)行安裝，到能精確定位等所需要花費(fèi)的時(shí)間?？臻g代價(jià)

24、主要指的是一個(gè)定位系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)所需要的空間和在設(shè)計(jì)中根據(jù)空間的大小需要的設(shè)施等。經(jīng)濟(jì)代價(jià)主要指的是在設(shè)計(jì)一個(gè)定位系統(tǒng)是經(jīng)過(guò)對(duì)基本設(shè)施、設(shè)備等進(jìn)行計(jì)算出所需付出的費(fèi)用。 綜合上述幾個(gè)性能指標(biāo)的分析及評(píng)價(jià)，我們可以得到在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的事項(xiàng)。這些也是一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在自身定位和進(jìn)行定位算法時(shí)得到更好的結(jié)果必要的條件，也是本次設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo),也需要有大量的研究工作需要完成。同時(shí)在設(shè)計(jì)當(dāng)中這些性能指標(biāo)都是相連的,需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的具體要求而做出相應(yīng)的設(shè)計(jì),以選擇和設(shè)計(jì)出更合適的定位技術(shù)。 三、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位質(zhì)心算法 3.1 定位算法簡(jiǎn)介RSSI算法是指根據(jù)收到的無(wú)線傳

25、感器接受到的信號(hào)指示強(qiáng)度，計(jì)算這個(gè)信號(hào)在傳播中的損耗。當(dāng)受到外界因素的影響時(shí)這種算法通常會(huì)因而隨之被改變。從而定位精度不高。但在生活應(yīng)用中RSSI算法的算法是相對(duì)簡(jiǎn)單的而且成本價(jià)格較低等原因，所以RSSI算法在現(xiàn)實(shí)生活中還是被各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用。 王永才,趙千川,傳感器網(wǎng)絡(luò)自身定位方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2005年3月下面給出了RSSI算法的模型和理論公式。圖 基于RSSI的測(cè)距模型根據(jù)信號(hào)損耗的理論模型，可以得到以下的公式（1） （1）在上式中n表示的是一個(gè)信號(hào)衰減指數(shù)，一般根據(jù)在理想的環(huán)境中具體的環(huán)境情況而設(shè)定，屬于在經(jīng)常應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)值，一般取（2,5）之間，根據(jù)上面的公式（1），我

26、們可以求出距離d，見(jiàn)公式（2）： （2）在將已知的的坐標(biāo)設(shè)為（x0，y0），兩個(gè)閱讀器的坐標(biāo)為（x1,y1）,(x2,y2),將目標(biāo)物體的坐標(biāo)設(shè)為（x，y），從而可以得到下面的式子： （3） （4）在根據(jù)（3），（4）就可以求出目標(biāo)標(biāo)簽的坐標(biāo)值。3.2 三邊測(cè)距定位算法本文結(jié)合三邊測(cè)量算法模型，提出改進(jìn)的質(zhì)心定位算法，得到在一定程度上提高了定位精度。理想的三邊測(cè)量法的模型：在當(dāng)已知三個(gè)接收器節(jié)點(diǎn)分別為A(x1,y1)，B(x2,y2)，C(x3,y3)時(shí)，根據(jù)通過(guò)接收器接收到的未知節(jié)點(diǎn)(x,y)的RSSI值Ra，Rb，Rc，將根據(jù)已知的條件代入公式可以將Ra，Rb，Rc信號(hào)強(qiáng)度值從而轉(zhuǎn)換成距離

27、R1，R2，R3 求得能夠構(gòu)成以A，B，C為圓心，以R1，R2，R3為半徑得到相交于未知節(jié)點(diǎn)的三個(gè)圓，在根據(jù)算法代換而求出未知節(jié)點(diǎn)（x，y）的坐標(biāo)值： （5）圖 理想的三邊測(cè)量法模型一般的三邊測(cè)量法模型：上圖中是在理想環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的，而在實(shí)際應(yīng)用中往往是得不到的。圖 一般的三圓相交情況對(duì)于M點(diǎn)（Xm，Ym），可以根據(jù)下面公式算出M點(diǎn)坐標(biāo)： （6）以上式同理可得，N（Xn，Yn），E（Xe，Ye）的坐標(biāo)也可以確定，通過(guò)三角形質(zhì)心算法就可以確定未知節(jié)點(diǎn)D的坐標(biāo),即D（x，y）=D （7）3.3 質(zhì)心定位算法將a,b,c,d,四點(diǎn)作為四個(gè)接收器節(jié)點(diǎn)并作為它們的坐標(biāo)，求未知節(jié)點(diǎn)d的坐標(biāo)位置時(shí)。應(yīng)該以四個(gè)

28、已知節(jié)點(diǎn)來(lái)求，每次都應(yīng)該從a , b ,c ，d四個(gè)節(jié)點(diǎn)中任意選出三個(gè)，通過(guò)上述得出的三角質(zhì)心算法來(lái)求四個(gè)未知節(jié)點(diǎn),即可得到四個(gè)坐標(biāo)分別設(shè)為d1（x1,y1）,d2（x2,y2）,d3（x3,y3）,d4（x4,y4）將得到的最后值通過(guò)求平均值，來(lái)求出未知節(jié)點(diǎn)d的坐標(biāo)，在計(jì)算是我們應(yīng)該在每次計(jì)算都應(yīng)該在其中引入加權(quán)因子，在選取的每三個(gè)節(jié)點(diǎn)的半徑之和的倒數(shù)是該加權(quán)因子，從而得到如下式所示： （8）最終可得到的未知節(jié)點(diǎn)D（x，y）為，如下式所示： （9）根據(jù)以上進(jìn)行的對(duì)比分析中得出了質(zhì)心定位算法的優(yōu)缺點(diǎn)，因此在本文中提出的混合算法，在已有的理論基礎(chǔ)上更好的提高了質(zhì)心定位算法的精度。原本由于質(zhì)心算法

29、本身只是簡(jiǎn)單地運(yùn)用對(duì)相交圓來(lái)進(jìn)行采用質(zhì)心運(yùn)算，將得到的質(zhì)心作為未知節(jié)點(diǎn)的定位坐標(biāo)，從而使其得到的定位精度一般都不是很高本文中提出改進(jìn)的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)混合算法，通過(guò)在移動(dòng)中的物體校準(zhǔn)參數(shù)來(lái)搜索尋求區(qū)域內(nèi)對(duì)于目標(biāo)函數(shù)的精度最高，因此可以將其用來(lái)優(yōu)化質(zhì)心算法得到的更好的定位效果。對(duì)于個(gè)固定錨點(diǎn)，未知節(jié)點(diǎn)到各節(jié)點(diǎn)的距離分別為。首先，只用考慮兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，假設(shè)兩質(zhì)心點(diǎn)的質(zhì)心是在，位置為，到的距離分別為，因此 （10） 所以， （11） 因此，由上也推得為權(quán)值，能夠得到各個(gè)錨點(diǎn)對(duì)未知節(jié)點(diǎn)決定權(quán)的大小，并且其約束力符號(hào)質(zhì)心定位算法的要求。 根據(jù)以上的判斷推理，從而我們可以得到的加權(quán)質(zhì)心計(jì)算公式為： （12）其中，權(quán)值

30、動(dòng)態(tài)選擇為。四、定位算法在Matlab下仿真 4.1 參數(shù)設(shè)定在本文仿真中，對(duì)數(shù)衰減模型來(lái)進(jìn)行仿真，表達(dá)式如下.本文要對(duì)公式中的一些參數(shù)進(jìn)行預(yù)先設(shè)定。(1) 參考距離d0 (dBm)，這里我們?nèi)0 =1。(2) d0點(diǎn)對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)功率Pr(d0) (dBm)，實(shí)際定位時(shí)，Pr(d0)值實(shí)地測(cè)量是必須的，而在仿真中，直接令其為-55(dBm) (3) 路徑損耗因子，而在不考慮值隨環(huán)境影響時(shí)，我們直接取= 4，在進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)算法仿真時(shí)，取均值為4，標(biāo)準(zhǔn)差為0.1的高斯隨機(jī)變量。 (4) 高斯隨機(jī)變量X，取均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差4, 標(biāo)準(zhǔn)差越小信道越好，干擾越小，本文仿真會(huì)在標(biāo)準(zhǔn)差=4和10的環(huán)境下進(jìn)

31、行仿真。 (5) 位置區(qū)域大小，本文將定位區(qū)域定為1000m*1000m4.2 仿真實(shí)驗(yàn)為了便于進(jìn)行Matlab仿真實(shí)驗(yàn)，我們?cè)O(shè)置已知節(jié)點(diǎn)為等邊三角形的頂點(diǎn)，并用隨機(jī)數(shù)取點(diǎn)來(lái)設(shè)置未知節(jié)點(diǎn)。取已知節(jié)點(diǎn)>> AA = 0 0>> BB = 50.0000 86.6025>> CC = 100 0如下圖所示。圖4.1 已知節(jié)點(diǎn)繪圖模擬未知節(jié)點(diǎn)采用隨機(jī)數(shù)取值，為K>> P_positionP_position = 67.9296 3.4572 93.4693 5.3462K>> l 普通定位進(jìn)行普通定位，得到定位結(jié)果。K>> P_

32、calculate_realP_calculate_real = 45.2873 5.3271 62.9550 4.6330K>>如下圖所示圖4.2 普通定位繪圖e_average = 26.6211e_average_percent = 0.2662>>l 三邊測(cè)量定位進(jìn)行三邊測(cè)量定位，得到定位結(jié)果。K>> P_calculate_realP_calculate_real = 81.3094 3.7885 111.6186 10.8481K>>如下圖所示圖4.3 三邊測(cè)量定位繪圖e_average = 16.1744e_average_perc

33、ent = 0.1617>>l 加權(quán)質(zhì)心定位進(jìn)行加權(quán)質(zhì)心定位，得到定位結(jié)果。K>> P_calculate_realP_calculate_real = 68.0855 4.0799 94.1222 6.5931K>>如下圖所示圖 混合算法定位繪圖計(jì)算均方誤差與相對(duì)誤差值為：e_average = 0.8564e_average_percent = 0.0086>>4.3 實(shí)驗(yàn)分析根據(jù)仿真可得下表，普通RSSI算法、三邊定位算法、加權(quán)質(zhì)心定位算法的均方誤差、誤差比率數(shù)值如下表所示。表1 誤差分析算法名稱均方誤差誤差比率普通RSSI算法26.62110.2662三邊定位算法16.17440.1617加權(quán)質(zhì)心算法0.85640.0086 根據(jù)以上3種算法的誤差分析與比較，顯然得到改進(jìn)后的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)混合算法定位精度比其它兩種較高，經(jīng)比較可得出在一樣的條件下加權(quán)質(zhì)心定位算法精度相對(duì)高于普通定位算法、三邊定位算法。這在一定程度上是因?yàn)閯?dòng)態(tài)校準(zhǔn)可以在計(jì)算過(guò)程中去掉權(quán)值計(jì)算過(guò)程中所引進(jìn)的誤差，在一定程度上提高定位精度。五、結(jié)論無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位問(wèn)題一直是研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。在為了提高傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)質(zhì)心定位算法定位精度較低的缺點(diǎn)，所以提出一種新型算法。這種算法計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，未知節(jié)