【正文】 ............... 43 Introduction of OMNeT++ ...................................................................... 43 Localization Algorithm Performance Evaluation and Analysis ............... 44 Localization Algorithm Design base on Mobile Beacon.................................... 45 Programming and Modeling Localization Algorithm .............................. 46 Programming the Process of the Localization Algorithm ........................ 51 Performance Evaluation and Analysis of the Localization Algrithm base on Optimize Path ........................................................................................................... 52 Summary of This Chapter .................................................................................. 55 Conclusion and Prospect ........................................................................................... 56 References ................................................................................................................... 57 Published Papers ........................................................................................................ 60 Participant Projects ................................................................................................... 61 Original Creative Statement ..................................................................................... 62 Acknowledgements..................................................................................................... 63 第一章 緒 論 1 第一章 緒 論 本論文的研究背景 及 意義 研究背景 與意義 無(wú) 線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器、嵌入式計(jì)算、分布式信息處理和無(wú)線通信等技術(shù)，由許多相同或不同類型傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)自組織，形成分布式自治網(wǎng)絡(luò)。 最后 在 OMNeT++仿真環(huán)境下，仿真基于移動(dòng) 信標(biāo) 的定位算法， 建立包括 移動(dòng)智能節(jié)點(diǎn) 和 普通節(jié)點(diǎn)的仿真模型，通過(guò)定位過(guò)程的通信和數(shù)據(jù)處理計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的位置，仿真表明 ，基于 移動(dòng) 信標(biāo) 優(yōu)化路徑的定位算法 既改善了定位的精度，又減少了定位 算法 的 通信開銷 ， 提高無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 定位效率 。 提出基于 移動(dòng) 信標(biāo) 改進(jìn)的 DVHop 定位算法 ， 該算法在 DVHop 定位算法的基礎(chǔ)上，利用一個(gè)移動(dòng)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中按預(yù)定的路徑移動(dòng)并不斷的廣播自己的位置信息，形成多個(gè)虛擬信標(biāo)， 研究平均跳距離的加權(quán)算法和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)選擇算法， 降低定位的成本和布網(wǎng)的復(fù)雜度 ， 提高 節(jié)點(diǎn)定位 的精度和效率。文章 在 DVHop 定位算法中引入移動(dòng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn) ， 并研究信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)選擇算法及 移動(dòng)路徑優(yōu)化算法 。 為此我們需要研究更為有效的定位算法，降低定位成本，提高定位精度。 廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于移動(dòng) 信標(biāo) 優(yōu)化路徑的 定位算法研究 分類號(hào)： 學(xué)校代號(hào)： 11845 UDC： 密級(jí)： 學(xué)號(hào)： 2110704294 廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 （工學(xué)碩士） 基于移動(dòng) 信標(biāo) 優(yōu)化路徑的 定位算法研究 指導(dǎo)教師 姓名、職稱 ： 教授 企業(yè) 導(dǎo)師 姓名、職稱 ： 無(wú) 專業(yè) 或 領(lǐng)域 名 稱 ： 控制理論與控制工程 學(xué) 生 所 屬 學(xué) 院 ： 自動(dòng)化學(xué)院 論 文 答 辯 日 期 ： Classified Index: School Code: 11845 UDC: Security Class: Class No.:2110704294 A Dissertation for Master’s Degree of Guangdong University of Technology （ Master of Engineering Science） Research on Localization Algorithm Based on Mobile Beacon with Optimal path Candidate: Xie Xiaosong Supervisor: Prof. Cheng Lianglun May 2020 Faculty of Automation Guangdong University of Technology Guangzhou, Guangdong, , 510006摘 要 I 摘 要 無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的 關(guān)鍵技術(shù)之一， 是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的 大多數(shù)領(lǐng)域 , 如：目標(biāo)監(jiān) 測(cè)與跟蹤、路由 位置信息的獲取 等 ，都需要知道節(jié)點(diǎn)的位置信息 。 針對(duì)這種情況， 本論文 對(duì) 基于 移動(dòng) 信標(biāo) 優(yōu)化路徑的無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 算法進(jìn)行了研究 ，該 定位算法 能夠?qū)崿F(xiàn) 節(jié)點(diǎn)的高效率定位。 本文的 主 要完成的工作 有： 分析 歸納常用的 無(wú)需測(cè)距的定位算法和基于信標(biāo)的定位算法，研究基于信標(biāo)的定位算法的定位機(jī)制 ，研究利用移動(dòng)信標(biāo)的信息來(lái)進(jìn)行定位計(jì)算 。 結(jié)合 基于 移動(dòng) 信標(biāo) 改進(jìn)的 DVHop 定位算法 ，提出了面向無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的移 動(dòng) 信標(biāo) 的路徑規(guī)劃方法，把圖論引入 信標(biāo) 移動(dòng)路徑規(guī)劃 ， 獲取針對(duì)所處網(wǎng)絡(luò)連通狀況的優(yōu)化 信標(biāo) 移動(dòng)路徑，提高算法的定位精度，減少算法定位過(guò)程的通信開銷，提高 算法 的效率 。 關(guān)鍵詞： 無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)； 移動(dòng) 信標(biāo) ； 優(yōu)化路徑 ； OMNeT++； 智能節(jié)點(diǎn) ABSTRACT IIIABSTRACT Wireless sensor node localization is one of the key technologies for wireless sensor works. It’s the foundation of most wireless sensor work applications, such as: target surveillance and tracking, routing and other location information acquiring, all of these need to know the location information of the nodes. So we need more effective localization algorithm to reduce the cost and increase the precision. In response, the paper research the nodes localization algorithm for wireless sensor work base on mobile beacon with optimal path. This algorithm can achieve high efficiency of positioning nodes. We introduced mobile beacon node into DVHop localization algorithm, and study the dynamic beacon node selection algorithm and moving path optimal algorithm. These major works are: 1. Summarizes mon rangefree localization algorithm and the algorithms base on beacon, study the positioning mechanism of localization algorithms base on beacon. 2. Improving DVHop localization algorithm based on mobile beacon, the algorithm use a mobile beacon node to move in the work according to a predetermined path and broadcast it’s location information that create virtual beacons. We study the weighted average hop distance algorithm and the dynamic beacon node selection algorithm to reduce localization costs and plexity of distribution works and improve accuracy and efficiency of node localization. 3. Combined with the improved DVHop localization algorithm based on mobile beacon, we proposed mobile beacon path planning method for wireless sensor works. Graph theory is introduced into the mobile path planning。它打破了傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息交互方式，帶來(lái)了一種全新的信息獲取和處理模式 [1] 。 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在部署時(shí)往往是不可控制的，比如在大型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，通常將節(jié)點(diǎn)撒播在很廣的區(qū)域里，網(wǎng)絡(luò)中大部分的節(jié)點(diǎn)的位置是未知的，事先不能確定，但無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大多數(shù)應(yīng)用都需要知道網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的位置信息，才可能獲取到網(wǎng)絡(luò)中事件的發(fā)生位置和信息來(lái)源位置 。只有在傳感器節(jié)點(diǎn)自身正確定位后，才能確定傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的事件及信息發(fā)生的具體位置 [3] 。 此外，在設(shè)計(jì)路由協(xié)議時(shí)利用 節(jié)點(diǎn)位置信息還可以提高路由效率，為網(wǎng)絡(luò)提供命名空間，向 網(wǎng)絡(luò) 部署者報(bào)告網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖耘渲?[4] 。 傳感器節(jié)點(diǎn)自身定位就是一種通過(guò)估計(jì)至鄰居節(jié)點(diǎn)的距離或鄰居數(shù)目，利用節(jié)點(diǎn)間的信息交換來(lái)確定各節(jié)點(diǎn)自身位置的機(jī)制。對(duì)于 WSN 來(lái)說(shuō)，人工廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 部署或?yàn)樗芯W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配置 GPS 裝置都會(huì)受到成本、功耗、拓展性等問(wèn)題的限制，因此，尋求 WSN 自身定位機(jī)制成為許多研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者共同探討的問(wèn)題 [4] 。前者需要測(cè)量相鄰節(jié)點(diǎn)間的絕對(duì)距離或方位，然后利用該實(shí)際距離來(lái)確定未知目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置；后者則僅利用節(jié)點(diǎn)間距離關(guān)聯(lián)關(guān)系計(jì)算目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置。 Rangebased 算法能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位，但由于需要在節(jié)點(diǎn)中加入 GPS 或其它附加的測(cè)距的硬件設(shè)備，在實(shí)際應(yīng)用中所需的成本較高。 目前基于距離的定位算法都是利用靜態(tài)的幾何關(guān)系來(lái)確定節(jié)點(diǎn)位置，且對(duì)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的布置和密度要求高，如三邊、多邊測(cè)量定位、基于角度測(cè)量定位等算法，都需要移動(dòng)節(jié)點(diǎn)至少獲得 3 個(gè)或者 3 個(gè)以上信標(biāo)節(jié)點(diǎn)提供的坐標(biāo)和距離 [13] 。 動(dòng)態(tài)算法的研究是最近興起的一個(gè)熱點(diǎn)，理論