【正文】 法原理 ................................................................................... 33 3． 1． 1 網(wǎng)絡(luò)一跳幾何關(guān)系原理 ....................................................................... 33 3． 1． 2 網(wǎng)絡(luò)多跳計數(shù)原理 .............................................................................. 33 3． 2 典型距離無關(guān)定位算法分析 ............................................................................ 34 Centroid 算法 ........................................................................................ 35 3． 2． 2 Bounding box算法 .............................................................................. 36 3． 2． 3 DVhop 算法 ....................................................................................... 37 3． 2． 4 Robust position 算法 ............................................................................ 39 3． 3 評價與比較 ..................................................................................................... 40 3． 4 本章小結(jié) ........................................................................................................ 41 結(jié)論 ............................................................................................................................. 42 致 謝 ....................................................................................................................... 43 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................... 44 論文附件 ..................................................................................................................... 46 一 英文原文 ........................................................................................................... 46 二 英文翻譯 ........................................................................................................... 56 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 前 言 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由許多傳感器節(jié)點通過自組織的形式組織成的一種特殊的 adhoc 網(wǎng)絡(luò)，每個傳感器節(jié)點由數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)處理和控制模塊和通信模塊和供電模塊等組成，此外還可能包括與應(yīng)用相關(guān)的其它部 分，比如定位系統(tǒng)，動力系統(tǒng)等。例如目標(biāo)監(jiān)測與跟蹤，基于位置信息的路由，智能交通，物流管理等許多應(yīng)用都要求網(wǎng)絡(luò)節(jié)點預(yù)先知道自身的位置，并在通信和協(xié)議過程中利用位置信息完成應(yīng)用要求 。 Rangefree 定位方法無需測量距離或者角度信息，僅根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連通性等信息就可以實現(xiàn)節(jié)點的自身定位。 B、 較高的定位精度 ： 這是衡量定位算法的重要指標(biāo)，一般以誤差與無線射程的比值來計算， 20%表示定位誤差相當(dāng)于無線射程的 20%。 E、 較短的覆蓋時間 本文就介紹幾種典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位算法。例如，傳感器網(wǎng)絡(luò)可以向正在準(zhǔn)備進(jìn)行登陸作戰(zhàn)的部隊指揮官報告敵方岸灘的詳實特征信息，如叢林地帶的地面堅硬度、干濕度等。美國商業(yè)周刊和 MIT技術(shù)評論在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報告中，分別將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為 21世紀(jì)最有影響力的 21項技術(shù)和改變世界的 10大技術(shù)之一 [2]。日本，英國、意大利、巴西等國家也對傳感器網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出了極大的興趣，紛紛展開了該領(lǐng)域的研究工作。每個傳感器節(jié)點都可以收集數(shù)據(jù)，并通過。 圖 1． 1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 從本質(zhì)上來說，傳感器節(jié)點是一個微型化的嵌入式系統(tǒng) ，由電池提供能量，具有有限的計算、存儲、通信能力，節(jié)點的通信距離也 比較短，一般只與其緊鄰的節(jié)點交換信息，通過多跳的方式傳輸數(shù)據(jù)。傳感器模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，包括傳感器和模／數(shù)轉(zhuǎn)換器兩部分，傳感器用于感知、獲取外界的信息，并通過模／數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，被監(jiān)測物理信號的形式?jīng)Q定了傳感器的類型。 圖 1． 2傳感器節(jié)點系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3．無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點軟件構(gòu)成 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件為傳感器提供必要的軟件支持，如嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式數(shù)據(jù)庫、編譯開發(fā)環(huán)境及應(yīng)用軟件等。 Tinyos中的各組件、庫是用 nesC編寫的。 1998年 3月成立了 IEEE 802． 15[4]工作組，致力于 WPAN網(wǎng)絡(luò)的物理層和 MAC子層的標(biāo)準(zhǔn)化工作，為上述在個人操作空間(Personal0perating Space， POS)內(nèi)相互通信的設(shè)備提供一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。無線傳感器跨絡(luò)有時運(yùn)行在惡劣甚至危險的遠(yuǎn)程環(huán)境中，傳感器節(jié)點的電池?zé)o法更新：即使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作在友好的環(huán)境中，對數(shù)量巨大的傳感器節(jié)點進(jìn)行電池更換也是不現(xiàn)實的。隨著集成電路工藝的進(jìn)步，處理器和傳感器模塊的功耗變得很低，絕大部分能量消耗在無線通信模塊上。 n的取值與很多因素有關(guān)，例如傳感器節(jié)點部署貼近地面 時，障礙物多干擾大， n的取值就大；天線質(zhì)量對信號發(fā)射質(zhì)量的影響也很大。傳感器節(jié)點需要完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的管理和處理、應(yīng)答匯聚節(jié)點的請求和節(jié)點控制等多種工作，利用有限的計算和存儲資源完成諸多協(xié)同任務(wù)成為傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的挑戰(zhàn)。在網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點采用電池作為能量來源，而由于其特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，決定了電 池在使用過程中既不能接受充電也不能被更換，這就使得電池能量完全決定了節(jié)點的壽命。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點通過分布式算法來調(diào)節(jié)彼此的行為，無需人工干預(yù)和任何其它預(yù)置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。此外，考慮到競爭共享無線信道產(chǎn)生的沖突、信號衰減、噪聲和重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 信道之間干擾等多種因素，節(jié)點終端得到的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論上的最大帶寬。 5)超大規(guī)模。 6)動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?傳感器的應(yīng)用與物理世界緊密聯(lián)系，傳感器節(jié)點往往密集的分布在需要監(jiān)控的物理環(huán)境之中。 8)易受物理環(huán)境的影響 —— 動態(tài)性強(qiáng)。 1．傳感器節(jié)點的定位問題 傳感器節(jié)點的部署大部分采用隨機(jī)部署的方法，因為它數(shù)目眾多，考慮到費用問題，每個節(jié)點都帶有定位系統(tǒng)是不可能的。它將一種高效能量控制算法引入組網(wǎng)協(xié)議，提高了網(wǎng)絡(luò)的能量利用率，顯著延長了無線網(wǎng)絡(luò)的生命周期，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的健壯性。合理優(yōu)化設(shè)計硬件和軟件資源可以有效的增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的壽命。 1．軍事領(lǐng)域應(yīng)用 因為傳感器網(wǎng)絡(luò)是由密集型、低成本、隨機(jī)分布的節(jié)點組成的，自組織性和容錯能力使其不會因為某些節(jié)點在惡意攻擊中的損壞而導(dǎo)致整個系統(tǒng)的崩潰，正是這一點，使傳感器網(wǎng)絡(luò)非常適合應(yīng)用于惡 劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，包括監(jiān)視沖突區(qū)，偵察敵方地形和布防，定位攻擊目標(biāo)，偵察和探測核、生物和化學(xué)攻擊。 3．醫(yī)療健康 如果在 住院病人身上安裝特殊用途的傳感器節(jié)點，如心率和血壓監(jiān)測設(shè)備，利用 無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)，醫(yī)生就可以隨時了解被監(jiān)護(hù)病人的病情，進(jìn)行及時處理，而安 裝在 被監(jiān)測對象身上的微型傳感器也不會給人的正常生活帶來太多的不重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 便。此外，傳感器網(wǎng)絡(luò)還被應(yīng)用于危險工作環(huán)境。關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位問題可分為兩類，一類是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對自身傳感器節(jié)點的定位；另一類則是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對外部目標(biāo)的跟蹤定位。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這些局限性，其定位算法通常應(yīng)該具備以下特點： 1．自組織性； 傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點隨機(jī)分布，不能依靠全局的基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)助定位。 從 AT＆ T Laboratories Cambridge于 1992年開發(fā)出室內(nèi)定位系統(tǒng) Active Badge至今，研究者們一直在致力于開發(fā)能夠自身定位的系統(tǒng)和算法。在其它國家和地區(qū)，如歐洲、日本、澳大利亞也開展了不少關(guān)于傳感器及傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究工作。一些高等院校和研究機(jī)構(gòu)開始展開了相應(yīng)的理論和應(yīng)用的研究工作，主要有清華大學(xué)、中科院軟件所、浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中科院自動化所等。李春蓉 n8，等重點對距離無關(guān)的定位算法進(jìn)行研究和改進(jìn)，提出一種改進(jìn)的節(jié)點自 定位算法，給出了算法的原理和實現(xiàn)方法。十一五”期間我國傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展重點應(yīng)主要包括如下幾點： 1．密切跟蹤國際研究進(jìn)展，積極推進(jìn)我國無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的深度和廣度 。其中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自身定位問題是傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行目標(biāo)識別、監(jiān)控、重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 定位等眾多應(yīng)用的前提，也是傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中的基礎(chǔ)性問題和熱點問題之一。 第二章：綜述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自身定位問題 和定位算法的評價指標(biāo)，對定位基本原理、定位技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了介紹，主要對距離相關(guān)和距離無關(guān)算法進(jìn)行了詳細(xì)分析，引出移動錨節(jié)點定位算法的思想。例如，目標(biāo)跟蹤、入侵檢測、環(huán)境監(jiān)測等，若不知道傳感器自身的位置，感知的數(shù)據(jù)是沒有意義的。 2． 1 節(jié)點自身定位基本原理 2． 1． 1 節(jié)點間距離的測量方法 [9] 距離 測 量是指節(jié)點自身定位過程中測量未知節(jié)點與錨節(jié)點之間的距離，包括距離的精確測量和估計測量。 測距方案的對比如表 2— 1所示。接收節(jié)點記錄到每個錨節(jié)點的最小跳數(shù)，忽略來自同一個錨節(jié)點的較大跳數(shù)的分組。 圖 錨節(jié)點光波分組的傳播過程 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 2）計算未知節(jié)點與錨節(jié)點的 實際跳段距離： 每個信標(biāo)節(jié)點根據(jù)第一個階段中記錄的其他錨節(jié)點的位置信息和相距跳數(shù)，利用下式估算平均每跳的實際距離，