【正文】 精確定位 。 廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 8 傳感器節(jié)點(diǎn)主要由低功耗的單片機(jī)，無(wú)線射頻模塊以及車(chē)載平臺(tái)等組成，它首先采集各個(gè)模擬信號(hào)，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò) 單片機(jī)處理后，通過(guò)無(wú)線射頻模塊把數(shù)據(jù)傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)。 在某些無(wú)需網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)絕對(duì)位置的應(yīng)用中，可以采用無(wú) 信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的 定位算法來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的相對(duì)定位。 基于信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的定位 算法的 一個(gè) 重要特征是定位精度取決于 信標(biāo) 點(diǎn)密度 。 圖 24 三角測(cè)量法示意圖 Fig. 24 Triangulation Method Principle 對(duì)于節(jié)點(diǎn) A， C 和角 ? ADC，如果弧段 AC 在 ? ABC 內(nèi)，那么能夠唯一確定一個(gè)圓，設(shè)圓心為 ? ?111 ,ooO x y ，半徑為 r1，那么 ? ?1 22A O C A D C??? ? ? ? ?，并存在下列公式： ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?111122122122 22112 2 c o so a o ao b o ba c a cx x y y rx x y y rx x y y r r ?? ? ? ? ????? ? ? ???? ? ? ? ? ??? () 由式 ()能夠確定圓心 O1 點(diǎn)的坐標(biāo)和半徑 r1。同時(shí)為了更好的利用 RSSI 值估計(jì)節(jié)點(diǎn)與鄰節(jié)點(diǎn)之間的距離 ，需要建立一個(gè) RSSI 模型。 T 1T 2超 聲 波射 頻 信 號(hào)D 圖 26 基于 TDOA 定位 Fig. 26 Located Based on TDOA 如圖 33 所示，該技術(shù)的測(cè)距精度可達(dá)到 厘米 級(jí)，但前提是需要精確的時(shí)鐘，同時(shí)使用超聲波測(cè)量需要額外的硬件，增加了成本，而且容易受到非視距誤差的影響。最優(yōu)模型如式 ()，根據(jù)給定 RSSI 的距離值r，對(duì)具有相同 RSSI 測(cè)量值的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算實(shí)際距離的平均值，這個(gè)模型可以很好地從收集到的數(shù)據(jù)中統(tǒng)計(jì)出有效的距離估計(jì)值。最后根據(jù)已知的 r1， ? ?11,ooxy ， r2， ? ?22,ooxy ， r3， ? ?33,ooxy ，采用三邊測(cè)量法確定 D 點(diǎn)坐標(biāo)。因?yàn)樾艠?biāo)節(jié)點(diǎn)造價(jià)往往比普通節(jié)點(diǎn)高，在許多固定的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，定位成功后信標(biāo)節(jié)點(diǎn)將轉(zhuǎn)為普通節(jié)點(diǎn)使用，極大的浪費(fèi)了資源。 SPA 算法選擇網(wǎng)絡(luò)中密度最大處的一組節(jié)點(diǎn)作為建立網(wǎng)絡(luò)全局坐標(biāo)系統(tǒng)的參考點(diǎn)，并在其中選擇連通度最大的一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)需要根據(jù)上面所述的要求建立合適的傳感器系統(tǒng)， 為此設(shè)計(jì)的 傳感器移動(dòng)節(jié)點(diǎn)主要由低功耗的微處理器，射頻模塊，傳感器接口 ， 電源模塊 以及車(chē)載平臺(tái) 5 部分組成，如圖 21 所示 ，普通節(jié)點(diǎn)則沒(méi)有車(chē)載平臺(tái)。仿真證明，相對(duì)于 DVHop 算法， 基于 移動(dòng) 信標(biāo) 改進(jìn)的 DVHop 定位算法 降低了定位的成本和布網(wǎng)的復(fù)雜度 ， 提高節(jié)點(diǎn)定位的精度和效率。根據(jù) 信標(biāo) 的即時(shí)位置信息，新位置的普通節(jié)點(diǎn)知道自身的位置。 課題來(lái)源 本課題來(lái)源 于國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（編號(hào)： 60673132）；廣東省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)： 07117421）。而 Rangefree 定位算法由于降低了對(duì)節(jié)點(diǎn)硬件的要求，引起了更多的關(guān)注，典型算法有 DVHop[10] 算法 ,基于 RSSI 的 DVHop[11] 算法 ,基于連通性的定位算法 [12] 等。 by acquiring connectivity conditions of the work we optimize the path of mobile beacon. These make increase of positioning accuracy of positioning algorithm and reduce munication costs, improve efficiency of the algorithm. Finally, we simulate mobile beacon base localization algorithm in OMNeT + + 廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 IV simulation environment by modeling mobile intelligent nodes and ordinary nodes in the work. The work putes the unknown node’s location through the positioning process of munication and data processing. The simulation results show that the algorithm base on mobile beacon with optimal path not only improves the positioning accuracy but also reduce the munication overhead of locatingm, these improve the efficiency of wireless sensor nodes localization. Key words: WSN； Mobile anchor； Optimal path； OMNeT++； Smart node 目 錄 V 目 錄 摘 要 ...............................................................................................................................I ABSTRACT................................................................................................................. III 目 錄 ............................................................................................................................. V CONTENTS................................................................................................................VII 第一章 緒 論 ................................................................................................................ 1 本論文的研究背景及意義 ................................................................................. 1 研究背景與意義 ....................................................................................... 1 課題來(lái)源 ................................................................................................... 3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................................................................................. 3 本論文的主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu) ......................................................................... 5 第二章 傳感器網(wǎng)絡(luò) 常用節(jié)點(diǎn)定位算法相關(guān)研究 ...................................................... 7 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基于信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的定位算法 ...................................................... 7 相關(guān)工作 .................................................................................................... 7 基于信標(biāo)定位算法的優(yōu)點(diǎn) ........................................................................ 9 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)常用的定位方式的實(shí)現(xiàn) ........................................................ 10 極大似然估計(jì)法 ...................................................................................... 10 三邊測(cè)量定位法 ...................................................................................... 11 三角測(cè)量定位法 ...................................................................................... 12 常用的節(jié)點(diǎn)定位算法 ........................................................................................ 13 常用的 Rangebase 節(jié)點(diǎn)定位算法 ........................................................ 13 常用的 Rangefree 節(jié)點(diǎn)定位算法 .......................................................... 16 本章小結(jié) ............................................................................................................ 18 第三章 基于移動(dòng)信標(biāo)的節(jié)點(diǎn)定位算法 .................................................................... 19 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基于移動(dòng)信標(biāo)改進(jìn)的 DVHop 定位算法 ........................... 19 DVHop 定位算法 .................................................................................. 20 移動(dòng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)定位算法 .......................................................................... 23 廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 VI 仿真分析 ................................................................................................. 26 基于移動(dòng)信標(biāo)動(dòng)態(tài)選擇改進(jìn) DVHop 定位算法 ............................................ 28 DVHop 定位算法平均跳距離計(jì)算誤差來(lái)源分析 ............................... 29 基于移動(dòng)信標(biāo)動(dòng)態(tài)選擇的改進(jìn)型 DVHop 定位算法過(guò)程 .................. 31 仿真分析 .................................................................................................. 34 本章小結(jié) ........................................................................................................... 35 第四章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)信標(biāo)的路徑優(yōu)化 ........................................................ 36 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)信標(biāo)的移動(dòng)模型分析 .................................................... 36 隨機(jī)移動(dòng) RWP(Random Way Point)模型 ............................................. 36 高斯馬爾可夫移動(dòng) GaussMarkov 模型 ...................