【正文】 ing and networking， San Diego，CA， .38 Orr ，Abowd Mechanism for Natural User Identification and Traekong[C]. Factors in Computing .39 Priyantha ，Chakraborty A，Balakrishnan Crieket locationsupport system[C].Proceedings of the 6th annual international conference on Mobile puting and 40 Shang Y，Ruml W，Zhang from mere connectivity[C].Proceedings of the 4th ACM international symposium on Mobile adhoc networkingamp。（3）深入研究Rangefree的WSN節(jié)點自定位算法中的DVHop算法，針對該定位機制的基本原理和實現(xiàn)方法，對該定位算法用Matlab進行了仿真。和方案1對比error 和Accuracy 都有明顯的減小。（3） 實現(xiàn)了用最小二乘法解非線性方程求得未知節(jié)點的位置。參數(shù)設(shè)置如下：BorderLength正方形區(qū)域的邊長，單位：mNodeAmount網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的個數(shù)BeaconAmount信標節(jié)點數(shù)Sxy用于存儲節(jié)點的序號，橫坐標，縱坐標的矩陣Beacon信標節(jié)點坐標矩陣，BeaconAmount*BeaconAmountUN未知節(jié)點坐標矩陣，2*UNAmountDistance未知節(jié)點到信標節(jié)點距離矩陣，2*BeaconAmounth節(jié)點間初始跳數(shù)矩陣X節(jié)點估計坐標初始矩陣，X=[x，y]R節(jié)點的通信距離，一般為10100在對定位算法進行仿真之前，首先對算法基于的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信模型及有關(guān)參數(shù)進行定義。MATLA產(chǎn)品體系的演化歷程中最重要的一個體系變更是引入了Simulink，用來對動態(tài)系統(tǒng)建模仿真。每個節(jié)點只記錄到目的節(jié)點的跳數(shù)和通向目的節(jié)點的下一跳。圖45 改進算法的已知節(jié)點程序流程圖圖46 改進算法的未知節(jié)點程序流程圖 DVHop算法流程圖該算法由三階段組成。在執(zhí)行完過程1之后，其它未知節(jié)點都擁有了初始坐標。在此階段，設(shè)已知節(jié)點的權(quán)值是1，它的取值范圍是[0，l]。圖44 MINMAX算法示意圖已知節(jié)點(xs，ys)的范圍由[(xsks)，(ysks)]*[(xs+ks)，(ys+ks)]得到。增多了已知節(jié)點的數(shù)量，勢必引起了成本的提高，同時也增大了功耗。在這個過程中，同時進行了總長度誤差校正與平均每跳誤差校正。步驟2，由于每個待測節(jié)點到已知節(jié)點的長度都不一樣，所以它們的距離誤差值也不一樣。步驟1，全部己知節(jié)點的坐標、跳數(shù)等內(nèi)容，均以廣播形式發(fā)送給其它己知節(jié)點。因為己知節(jié)點數(shù)量不多，所以要讓它們之間可以通信，就會使得中間的跳數(shù)增多。如圖43所示，節(jié)點M的坐標是已知的，假若此節(jié)點群經(jīng)過節(jié)點M才能和網(wǎng)絡(luò)進行通信，并且這個節(jié)點群中不存在已知節(jié)點，則該群能夠在已知節(jié)點M的周圍轉(zhuǎn)動。因此，稱節(jié)點N為bad節(jié)點。75mL2L1AL3100m40m圖34 DVHop算法 本章小結(jié) 由以上研究明顯可以得出：基于測距的定位算法有明顯的缺點。第2階段，在獲得其他錨節(jié)點位置和相隔跳距之后，錨節(jié)點計算網(wǎng)絡(luò)平均每跳距離，然后將其作為一個校正值(correction)廣播至網(wǎng)絡(luò)中。DVHop實際上由兩波的洪泛組成，第一波洪泛中類似于Sumdist，節(jié)點獲得錨節(jié)點的位置信息和離錨節(jié)點的最小跳數(shù)。錨節(jié)點具有到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部其他錨節(jié)點的跳數(shù)值以及這些錨節(jié)點的位置信息，因此錨節(jié)點可以通過計算得到距其他錨節(jié)點的實際距離。 DVHop算法。當未知節(jié)點在一段偵聽時間內(nèi)接收到來自錨節(jié)點的信標信號數(shù)量超過某一個預(yù)設(shè)的門限后，該節(jié)點認為與此錨節(jié)點連通，并將自身位置確定為所有與之連通的錨節(jié)點所組成的多邊形的質(zhì)心。該技術(shù)受到超聲波傳播距離的限制和非視距問題對超聲波信號傳播的影響，不僅需要精確的時鐘記錄兩種信號的到達時間差異，還需要傳感器節(jié)點同時具備感知兩種不同信號的能力。未知節(jié)點在計算出到達三個或三個以上錨節(jié)點的距離或角度后，利用三邊測量法、三角測量法或極大似然估計法計算位置節(jié)點的坐標；（3）修正階段。類推可知，AA∠A1AA2的圓心坐標是C2(xc2，yc2)、半徑是d2，AA∠A2AA3的圓心坐標是C3(xc3，yc3)、半徑是d3。如果這三個圓不能交于一點，該方法就不可行，這時就需要使用最大似然估計定位法來處理這個距離誤差。如果未知節(jié)點估計出到其它鄰居節(jié)點的距離并滿足節(jié)點計算條件，那么就可利用距離來計算出未知節(jié)點自身的位置。 基于測距技術(shù)的定位算法分析基于測距技術(shù)的定位[10]需特定的硬件設(shè)備來測量節(jié)點間的距離或角度信息，然后再使用三邊測量、三角測量或最大似然估計定位計算方法來計算節(jié)點位置。(4)WSN與普通無線網(wǎng)絡(luò)的最關(guān)鍵區(qū)別是:普通無線網(wǎng)，首先考慮如何使帶寬的使用率增大、如何使服務(wù)的質(zhì)量變好，其次才重視節(jié)省能量的問題。在一般情況下，總是需要給節(jié)點不斷提供能源。在WSN的運用中，監(jiān)測人員在乎事件發(fā)生的坐標信息與時間信息，但不在乎它被哪個節(jié)點感知到。(4)傳感器節(jié)點具有數(shù)據(jù)融合能力在WSN中，中間節(jié)點通常會具備特別的能力:它能融合許多傳感器節(jié)點獲取到的同一類型數(shù)據(jù)，并且能夠把這些同類型的數(shù)據(jù)傳遞給信息處理總部。(2)傳感器節(jié)點的能源與計算、儲蓄、通訊能力都有限傳感器節(jié)點的能量取決于電池的供應(yīng)，遇到電池用完的情況，經(jīng)常換電池是不現(xiàn)實的，故傳感器節(jié)點的能源有限。長度短、能耗小的無線通訊儀器構(gòu)成了無線通訊模塊。匯聚節(jié)點不僅能是無通訊功能的網(wǎng)關(guān)儀器，而且同樣能是含多用途的傳感器節(jié)點。一般情況下，傳感器節(jié)點是一類很小的嵌入式系統(tǒng)。 本章小結(jié)本章首先簡單介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的起源和研究進展狀況，之后，簡要分析了節(jié)點定位技術(shù)對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的意義并詳細描述了定位技術(shù)的國內(nèi)外研究趨勢和研究熱點。闡包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念及其體系結(jié)構(gòu)；分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的一些自身特點。其中重點研究與分析了己有的DVHOP[5]算法及其改進和基于多維標度定位算法的定位原理。優(yōu)化路由的好處是:改善系統(tǒng)的性能、安全性與節(jié)約電量。這使得學者與專業(yè)研究人員高度重視WSN。這類網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)與信道環(huán)境都會因節(jié)點走動而動態(tài)變換。這個系統(tǒng)能夠散射電子網(wǎng)（tripwires）到任何地方。由于監(jiān)測是一個長期與漫長的過程，一般情況下，監(jiān)測范圍的環(huán)境都比較惡劣，監(jiān)測人員不容易抵達這些區(qū)域，故不能及時給傳感器節(jié)點補充能量。一般情況下，我們會認為采用GPS(Global Positioning System)來確定節(jié)點的坐標。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，位置信息對傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測活動至關(guān)重要，事件發(fā)生的位置或獲取信息的節(jié)點位置是傳感器節(jié)點監(jiān)測消息中所包含的重要信息，沒有位置信息的監(jiān)測消息往往毫無意義對于這些問題，傳感器節(jié)點必須首先知道自身的地理位置信息，這是進一步采取措施和做出決策的基礎(chǔ)。WSN能夠感應(yīng)、獲取監(jiān)測范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，之后把這些感興趣的數(shù)據(jù)傳遞給監(jiān)測人員。在WSN中，若有某幾個節(jié)點被蓄謀攻擊致使不能使用，這將不可能使網(wǎng)絡(luò)整體癱瘓。再次，傳感器節(jié)點的體積較小，然而GPS設(shè)備增大了傳感器節(jié)點的體積，不符合WSN中傳感器節(jié)點小的特性。Mote、SmartIts項目、行為習性監(jiān)控[2]（Habitat Monitoring）項目等。但是我國的關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究仍舊處于起步階段。任意一個傳感器節(jié)點至少裝一類感知器(聲、紅外線或磁感應(yīng)器等)。對于網(wǎng)絡(luò)管理，獲取的傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)被用來構(gòu)造拓撲結(jié)構(gòu)圖，為了及時知道網(wǎng)絡(luò)的涵蓋范圍，使得節(jié)點不太多的地方可以快速采取相應(yīng)挽救措施。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)部署完成之后，我們要面臨的首要問題就是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標節(jié)點的定位。本文的主要內(nèi)容安排如下:第一章首先簡單介紹了論文的選題背景和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，之后，簡要說明了此課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和存在的問題。該算法不僅降低了平均定位誤差、提高了節(jié)點的定位覆蓋率，同時還減少了計算代價。傳感器節(jié)點把感知信息通過除它之外的傳感器節(jié)點進行傳遞，在逐跳傳遞時，其它很多節(jié)點也許會處理這些感知信息(比如數(shù)據(jù)融合等)，感知數(shù)據(jù)憑借多跳路由的方式抵達匯聚節(jié)點。它們共同合作來實現(xiàn)一系列功能。處理器模塊的作用是，操作所有的傳感器節(jié)點，保存與處理自己獲取的信息與除它之外的節(jié)點傳遞給它的信息。又因為每個節(jié)點不能被唯一識別，故不需要用Internet的IP來尋址。若節(jié)點移動，則也能引起WSN的拓撲改變。因為傳感器節(jié)點通常被隨意撒播(如被飛行器隨機撒播在監(jiān)測范圍內(nèi))，所以傳感器節(jié)點必須牢固耐用，可以在不同的糟糕環(huán)境中生存。在WSN的運用方面，盡管它們具有許多相同的地方，然而人們卻重視它們在實際使用中的區(qū)別。因此，節(jié)點較易失效。獲得節(jié)點位置最直接的一個直接想法就是利用GPS來實現(xiàn)。根據(jù)具體的定位機制，可以將現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位方法分為兩類：基于測距的(Rangebased)方法和基于非測距的(Rangefree)方法。三個錨節(jié)點AAA3的坐標事先知道，它們的坐標依次是、,這三個錨節(jié)點到未知節(jié)點A的距離依次是。針對節(jié)點A1和A3以及∠A1A2A3，假設(shè)弧A1A3在△A1A2A3的范圍里面，則僅可以得到一個圓。 與距離有關(guān)的定位算法分析 基于測距的定位方法這是常用的定位方法。使用TOA技術(shù)比較典型的定位系統(tǒng)是GPS。由于這種方法不是采用到達的絕對時間來確定節(jié)點的位置，降低了對時間同步的要求，但是仍然需要較精確的計時功能，同時由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有分布密集和無線通信范圍小的特點，這種方法實現(xiàn)起來難度較大。在質(zhì)心定位算法中，信標節(jié)點周期性地向臨近節(jié)點廣播信標分組，信標分組中包含信標節(jié)點的標識號和位置信息。通過這一機制，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(包括其他錨節(jié)點)都獲得了到每一個錨節(jié)點的最小跳數(shù)值。這種累積誤差當網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大或錨節(jié)點數(shù)量比較少和節(jié)點測距硬件誤差比較大的時候表現(xiàn)更為明顯。未知節(jié)點接收到平均每跳距離后，根據(jù)記錄的跳數(shù)，計算到每個錨節(jié)點的距離。如圖34所示，已知錨節(jié)點L1與L2，L3之間的距離和跳數(shù)。如圖41所示，節(jié)點N能夠出現(xiàn)在NN…Nn等任何一個地方。換句話說，我們無法判斷節(jié)點N的具體坐標。(3)在已知節(jié)點數(shù)量不太多的情況下，可以監(jiān)測到的面積也相對很少?？闯墒谴郎y節(jié)點到已知節(jié)點的平均每跳距離。PL(k0)：k0點的接收功率。已知節(jié)點接著會給其它鄰居節(jié)點傳遞這些信息，同時給跳數(shù)值加一。求出待測節(jié)點w與己知節(jié)點e的距離Dwe: （47） MINMAX方法與加權(quán)最小二乘法的結(jié)合用三邊測量法求解待測節(jié)點的坐標，會產(chǎn)生一些誤差，同時產(chǎn)生的浮點運算量也相對高一些。在平面坐標系中，若節(jié)點的通訊模型是圓，半徑是ks。因此，加權(quán)最小二乘的估算值是: （411）若待測節(jié)點的位置是(x，y)，已知節(jié)點的位置是(xs，ys)，度量的長度是ks，則殘差方程的表達式如下: （412）ts(x，y)是非線性函數(shù)，求解ts(x，y)的值，實際用非線性最優(yōu)化來處理。若公式 (410)求解得到的區(qū)域越小，則用公式 (411)估計的未知節(jié)點坐標就越準確，且權(quán)值同時也在增大。 改進算法的流程圖在定位的過程中，己知節(jié)點與未知節(jié)點的執(zhí)行步驟不一樣。洪泛協(xié)議的缺點是容易引起信息重疊，造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。并且在這些方向上MATLAB已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)的首選設(shè)計工具。（4）傳感器節(jié)點間具有對稱的通信能力，通信半徑一致，并且所有的消息最終都可被正確接收。未仿真信息發(fā)布的過程；未考慮節(jié)點間通信的時間及通信沖突問題，假設(shè)未知節(jié)點和信標節(jié)點之間一定可以成功通信。Accuracy和BorderLength成正比關(guān)系；和NodeAmount成反比關(guān)系；和BeaconAmount成反比關(guān)系；和R成反比關(guān)系。針對對課題的理解我主要做了以下三方面的工作：（1）指出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身定位系統(tǒng)和算法的性能評價的幾個常用的標準，對WSN自身定位系統(tǒng)和算法的分類進行了描述，依據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)本身的特點指出了WSN定位系統(tǒng)設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)。方案6參數(shù)如下：BorderLength=50；NodeAmount=100；BeaconAmount=10；UNAmount=NodeAmountBeaconAmount；R=40；此時error = ，Accuracy = 仿真結(jié)果如圖420，圖421。半年以來，感謝老師為我提供了良好的學習環(huán)境，并且在課題工作上給予細心指導(dǎo)，在此致以最誠摯的謝意和最崇高的敬意。BorderLength=100。%節(jié)點估計坐標初始矩陣%~~~~~~~~~~~~~~在正方形區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生均勻分布的隨機拓撲~~~~~~~~~~~~~~C=BorderLength.*rand(2,NodeAmount)。r*39。%所有節(jié)點間相互距離 if (Dall(i,j)=R)amp。%每個信標節(jié)點的平均每跳距離endD2=Dall(1:BeaconAmount,(BeaconAmount+1):NodeAmount)。% d=d139。 end figure。傳感技術(shù)的任務(wù)是獲取數(shù)據(jù)，通訊技術(shù)的任務(wù)是傳遞數(shù)據(jù)，計算機技術(shù)的任務(wù)是處理數(shù)據(jù)。時間同步是測距的前提條件，也直接影響測距的精度。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，沒有同意的最優(yōu)的。定位是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)重要的支撐技術(shù)，定位就是確定位置。原來的傳感器借助總線構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，但這種方式現(xiàn)已不能滿足實際運用需求。o39。 end X1=inv(A39。%未知節(jié)點從最近的信標獲得校正值