【正文】 河北北方學(xué)院畢業(yè)論文目錄摘要 3Abstract 4第1章 緒論 5 5 6 6 7 10 11 13 14第2章無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位問(wèn)題的相關(guān)研究 15 15 16 16 16 17 17 18 18. 2分布式定位 20 23 24第3章基于支持向量回歸的半集中式定位算法 26 26 26 27 29(LSVR) 30 30 31 32 33 34第4章分布式的混合禁忌搜索定位算法 35 35 36 38 38 39 39結(jié)論與展望 41致謝 43參考文獻(xiàn) 44摘要 作為一種新興的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)控、軍事和搶險(xiǎn)救災(zāi)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。在許多應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)位置至關(guān)重要，離開(kāi)位置信息，監(jiān)測(cè)事件或者感知數(shù)據(jù)也失去了實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。而每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)均配置GPS收發(fā)器，成本和能耗較高，不符合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)各方面的約束，必須研究適合無(wú)線傳感器特點(diǎn)的自定位算法。本文圍繞無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位問(wèn)題，針對(duì)現(xiàn)有研究的不足，結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，對(duì)靜止網(wǎng)絡(luò)定位相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了相應(yīng)研究。在增量或多跳測(cè)距定位中定位誤差或測(cè)距誤差容易造成累積，對(duì)后繼節(jié)點(diǎn)的定位精度影響較大?，F(xiàn)有一些非測(cè)距集中式算法僅使用網(wǎng)絡(luò)連通信息，也能夠獲取較高的定位精度，并無(wú)需考慮測(cè)距誤差問(wèn)題。然而通常需收集網(wǎng)絡(luò)全局信息，通信開(kāi)銷較大。針對(duì)以上缺點(diǎn)，本文運(yùn)用了一種基于支持向量回歸的半集中式定位算法。集中式定位通信開(kāi)銷大、擴(kuò)展性差，對(duì)于資源受限的、自組織無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，具有一定的局限性。通過(guò)把定位問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題，本文運(yùn)用了一種基于混合禁忌搜索的分布式定位算法。關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；定位；測(cè)距Abstract As a new type of wireless ad hoc network,wireless sensor networks have wide applications including industry,agriculture,environmental observation,military,and collecting information in disaster prone of nodes location is an essential requirement for many location information of sensor nodes,the sensed data or the detection of events is ,because each sensor with a GPS device is expensive in terms of cost and energy consumption,it is infeasible due to various resource constraints such as miniature size,lowplexity, limited battery ,selflocalization for wireless sensor networks has been presented and on the key characters of wireless sensor networks and the limitations of current research,this thesis focuses on localization issues . This thesis firstly studies the localization problems in static wireless sensor incremental or multihop rangebased localization algorithms,the ranging error or localization error can be easily accumulated,and this will affect the localization accuracy of successor rangefree centralized localization algorithms can obtain high localization accuracy only using network connectivity information and do not need to consider the ranging ,centralized localization needs to collect the information of the entire network to base station,thus the munication cost is high and it consumes too much at these drawbacks,we present a semicentralized localization algorithm based on support vector regression. For resourcelimited and selforganized wireless sensor networks,centralized localization methods are impractical because of the high munication overhead and bad turn the localization problem into an unconstrained optimization problem and propose a distributed localization algorithm based on hybrid taboo search.Keywords：Wireless sensor networks,Localization,Ranging 第1章 緒論 隨著低功耗無(wú)線通信、微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展，以及分布式信息處理技術(shù)、普適計(jì)算的大量研究，低成本、低功耗、大規(guī)模的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)作為一種新興技術(shù)提供了一種全新的信息獲取和信息處理方式，極大地?cái)U(kuò)展了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的功能和人類認(rèn)識(shí)世界的能力，引起了人們的廣泛關(guān)注，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。能夠廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)控、軍事國(guó)防、目標(biāo)跟蹤、醫(yī)療監(jiān)控等領(lǐng)域，成為了當(dāng)前一個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。本章首先簡(jiǎn)述了選題的背景和意義，接著對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，然后概述了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用和主要研究領(lǐng)域，最后給出了本文的主要研究?jī)?nèi)容和組織結(jié)構(gòu)。 隨著科技的日益進(jìn)步，促進(jìn)了無(wú)線通信、集成電路及微機(jī)電系(microelectromechanism system，簡(jiǎn)稱MEMS)等技術(shù)的飛速發(fā)展，使得設(shè)計(jì)低成本、低功耗、小體積、多功能的微型傳感器節(jié)點(diǎn)成為可能，并且這些傳感器節(jié)點(diǎn)具有信息感知、數(shù)據(jù)處理和無(wú)線通信等功能。此外，由于分布式信息處理技術(shù)、普適計(jì)算及自組織網(wǎng)絡(luò)等大量研究的開(kāi)展，為大規(guī)模傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作、數(shù)據(jù)的智能處理和傳輸、自組織網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提供了技術(shù)支持。這些技術(shù)使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，簡(jiǎn)稱WSN）應(yīng)運(yùn)而生。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種全新的信息獲取和信息處理方式，不需要固定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，具有快速展開(kāi)、抗毀滅性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適于部署在野外或不適合人員值守的環(huán)境中，在戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療、空間探索和災(zāi)難搶險(xiǎn)等特殊領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。通過(guò)部署大量無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)到監(jiān)測(cè)區(qū)域，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)感知對(duì)象，并將大量詳實(shí)而有價(jià)值的傳感數(shù)據(jù)采用多跳的無(wú)線通信方式傳送到基站處理，處理后的信息提供給終端用戶。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界有機(jī)的聯(lián)系起來(lái)，改變了人類與自然界的交互方式，實(shí)現(xiàn)了一種新的感知自然界的方式，被認(rèn)為是能對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一，在工業(yè)界、學(xué)術(shù)界以及軍事部門(mén)引起了廣泛的關(guān)注，并開(kāi)展了許多相關(guān)研究。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各研究分支中，定位技術(shù)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵的支撐技術(shù)。首先，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)必須與位置相結(jié)合，離開(kāi)位置信息，感知數(shù)據(jù)是沒(méi)有意義的，如環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療、森林火災(zāi)監(jiān)控等，離開(kāi)了位置信息就無(wú)法確定事件發(fā)生何處，也不能夠采取有效及時(shí)的處理措施。其次，使用傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信息能夠提高路由效率，節(jié)約能耗，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全性及實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖耘渲玫?。然而，傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模通常比較大，給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)均安裝GPS收發(fā)器或者人工配置節(jié)點(diǎn)位置會(huì)受到成本、功耗、效率等問(wèn)題的限制，甚至在某些場(chǎng)合可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此必須采用一定的機(jī)制實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自身定位，即開(kāi)展適合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的定位技術(shù)研究。正是基于上述原因，定位技術(shù)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的理論研究和應(yīng)用中都有重要的意義，已經(jīng)成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文主要針對(duì)靜態(tài)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型的特點(diǎn)，以提高定位精度、提高定位覆蓋率、增加算法可擴(kuò)展性為目標(biāo)，開(kāi)展適合不同網(wǎng)絡(luò)模型特點(diǎn)的定位技術(shù)及相關(guān)問(wèn)題研究。 在20世紀(jì)70年代就誕生了傳感器節(jié)點(diǎn)間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單向傳輸信息的第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)雛形，這種網(wǎng)絡(luò)功能單一，布線復(fù)雜，應(yīng)用范圍有限。隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，節(jié)點(diǎn)具有獲取多種信息的綜合能力，并且采用串行或并行接口連接傳感控制器，組成了有信息綜合和處理能力的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，于是產(chǎn)生了功能相對(duì)強(qiáng)大的第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)。這一代傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)控制站間的信號(hào)傳輸方式與第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本相同，但現(xiàn)場(chǎng)控制站間廣泛采用了RS23RS485等串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化通信。到了20世紀(jì)90年代后期，連接智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制站間的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，開(kāi)始用于連接智能傳感器和傳感控制器，采用全數(shù)字、開(kāi)放式的雙向通信模式，構(gòu)成了局部測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，也就是基于現(xiàn)場(chǎng)總線的第三代傳感器網(wǎng)絡(luò)。近年來(lái)，隨著無(wú)線通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算、微電子技術(shù)的日益發(fā)展，出現(xiàn)了體積小，功耗低，價(jià)格低的微傳感器。這些微傳感器和微處理模塊以及無(wú)線通信模塊集成為無(wú)線微傳感器節(jié)點(diǎn)，這種節(jié)點(diǎn)具備感知、計(jì)算和通信能力等多種功能，能夠感知周?chē)沫h(huán)境，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，同時(shí)可以通過(guò)無(wú)線通信方式實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的相互通信和執(zhí)行任務(wù)的協(xié)調(diào)。傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入了無(wú)線智能時(shí)代，傳感技術(shù)向集成化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展。 通常在監(jiān)測(cè)區(qū)域預(yù)先部署大量傳感器節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織方式構(gòu)建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)， 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通常由傳感器節(jié)點(diǎn)(node)、匯聚節(jié)點(diǎn)(Sink)、互聯(lián)網(wǎng)和用戶界面等組成。傳感器節(jié)點(diǎn)以協(xié)作方式感知部署區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)對(duì)象和采集相關(guān)信息，采集數(shù)據(jù)在發(fā)送之前或者轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中可進(jìn)行信息預(yù)處理，然后遵循某種路由協(xié)議下，沿著網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行逐跳傳輸，經(jīng)過(guò)多跳路由后被傳遞到匯聚節(jié)點(diǎn)；匯聚節(jié)點(diǎn)也稱為數(shù)據(jù)中心(data center)或基站(basestation)，具有較強(qiáng)的處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力，是連通傳感器網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)、實(shí)現(xiàn)協(xié)議之間的通信轉(zhuǎn)換的一座橋梁。當(dāng)數(shù)據(jù)由傳感器節(jié)點(diǎn)傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)后，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、融合等再處理，然后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星提供給用戶展現(xiàn)、分析。用戶也可以對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理，例如發(fā)送查詢請(qǐng)求或者分配監(jiān)控任務(wù)等。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetworks)一般指由大量隨機(jī)分布，具有感知、計(jì)算和無(wú)線通信能力的傳感器節(jié)點(diǎn)，采用自組織方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型工作方式:使用飛行器將大量傳感器節(jié)點(diǎn)，數(shù)量從幾百到幾千個(gè)以上，拋撒到感興趣的觀測(cè)區(qū)域。各傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織方式組建無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。隨機(jī)分布的傳感器節(jié)點(diǎn)借助內(nèi)置的傳感器件觀察測(cè)量各自周邊環(huán)境中觀測(cè)對(duì)象信號(hào)，如熱、紅外、聲納、雷達(dá)和地震波信號(hào)等，從而探測(cè)包括溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動(dòng)物體的大小、速度和方向等眾多布線者感興趣的信息。網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)既是信息的采集和發(fā)出者，也充當(dāng)信息的中繼者，采集的數(shù)據(jù)通過(guò)多跳路由到達(dá)網(wǎng)關(guān)(sinkNode)。網(wǎng)關(guān)是一個(gè)特殊的節(jié)點(diǎn)，可通過(guò)Intemet、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星等與監(jiān)控中心通信，也可利用無(wú)人機(jī)飛越網(wǎng)絡(luò)上空，通過(guò)網(wǎng)關(guān)采集數(shù)據(jù)，如圖 與傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn):。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般由電池供電，而且在使用過(guò)程中也不能給電池充電或更換電池。因此無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的基本原則就是要以節(jié)能為前提。傳感器節(jié)點(diǎn)由于受到低成本、小體積和低功耗的限制，其硬件、軟件資源非常有限。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般是一個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)等的網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開(kāi)無(wú)需依賴于任何預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)通信距離有限，如果希望與較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，需要通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)多跳路由來(lái)實(shí)現(xiàn)。部分無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)可以隨處移動(dòng)，絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)隨時(shí)發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有動(dòng)態(tài)拓?fù)浣M織功能。，分布密集。為了對(duì)一個(gè)區(qū)域執(zhí)行監(jiān)測(cè)任務(wù)，傳感器節(jié)點(diǎn)往往分布得非常密集。利用節(jié)點(diǎn)之間高度連接性來(lái)保證系統(tǒng)的容錯(cuò)性和抗毀性。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是特殊的adhoc網(wǎng)絡(luò)。與傳統(tǒng)的adhoc網(wǎng)絡(luò)相比:目標(biāo)場(chǎng)景是大批量大規(guī)模使用，需要盡量降低傳感器節(jié)點(diǎn)的成本。節(jié)點(diǎn)分布更加密集，能量更加有限。大多數(shù)情況下節(jié)點(diǎn)是靜止的。數(shù)據(jù)是被分散處理的，系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)需要盡早對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以減少網(wǎng)絡(luò)的流量，降低功耗并提高系統(tǒng)效率。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般由微機(jī)電系統(tǒng)(腸cr。Electr。Mechanissystem)，片上系統(tǒng)(SystemonChip)和無(wú)線通信技術(shù)模塊(wirel