【正文】 Simulation of Localzaition Algorithm base on Mobile Beacon............ 43 Introduction of Simulation Tools and Environment ........................................... 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 線傳感器網(wǎng)絡綜合了傳感器、嵌入式計算、分布式信息處理和無線通信等技術(shù)，由許多相同或不同類型傳感器節(jié)點通過無線通信實現(xiàn)自組織，形成分布式自治網(wǎng)絡。 最后 在 OMNeT++仿真環(huán)境下，仿真基于移動 信標 的定位算法， 建立包括 移動智能節(jié)點 和 普通節(jié)點的仿真模型，通過定位過程的通信和數(shù)據(jù)處理計算未知節(jié)點的位置，仿真表明 ，基于 移動 信標 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 ， 提高無線 傳感器網(wǎng)絡節(jié)點 定位效率 。 提出基于 移動 信標 改進的 DVHop 定位算法 ， 該算法在 DVHop 定位算法的基礎上，利用一個移動的信標節(jié)點在網(wǎng)絡中按預定的路徑移動并不斷的廣播自己的位置信息，形成多個虛擬信標， 研究平均跳距離的加權(quán)算法和信標節(jié)點的動態(tài)選擇算法， 降低定位的成本和布網(wǎng)的復雜度 ， 提高 節(jié)點定位 的精度和效率。文章 在 DVHop 定位算法中引入移動信標節(jié)點 ， 并研究信標節(jié)點的動態(tài)選擇算法及 移動路徑優(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)大學碩士學位論文 ( 工學碩士 ) 基于移動 信標 優(yōu)化路徑的 定位算法研究 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 20xx Faculty of Automation Guangdong University of Technology Guangzhou, Guangdong, , 510006摘 要 I 摘 要 無線傳感器節(jié)點定位技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡 的 關(guān)鍵技術(shù)之一， 是無線傳感器網(wǎng)絡大多數(shù)應用的基礎。 無線傳感器網(wǎng)絡應用的 大多數(shù)領(lǐng)域 , 如：目標監(jiān) 測與跟蹤、路由 位置信息的獲取 等 ，都需要知道節(jié)點的位置信息 。 針對這種情況， 本論文 對 基于 移動 信標 優(yōu)化路徑的無線 傳感器網(wǎng)絡節(jié)點 算法進行了研究 ，該 定位算法 能夠?qū)崿F(xiàn) 節(jié)點的高效率定位。 本文的 主要完成的工作 有： 分析 歸納常用的 無需 測距的定位算法和基于信標的定位算法，研究基于信標的定位算法的定位機制 ，研究利用移動信標的信息來進行定位計算 。 結(jié)合 基于 移動 信標 改進的 DVHop 定位算法 ，提出了面向無線傳感器網(wǎng)絡 的移動 信標 的路徑規(guī)劃方法，把圖論引入 信標 移動 路徑規(guī)劃 ， 獲取針對所處網(wǎng)絡連通狀況的優(yōu)化 信標 移動路徑，提高算法的定位精度，減少算法定位過程的通信開銷，提高 算法 的效率 。 關(guān)鍵詞： 無線 傳感器網(wǎng)絡； 移動 信標 ； 優(yōu)化路徑 ； OMNeT++； 智能節(jié)點 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)的點對點的數(shù)據(jù)信息交互方式，帶來了一種全新的信息獲取和處理模式 [1] 。 傳感器網(wǎng)絡節(jié)點在部署時往往是不可控制的，比如在大型的無線傳感器網(wǎng)絡應用中，通常將節(jié)點撒播在很廣的區(qū)域里，網(wǎng)絡中大部分的節(jié)點的位置是未知的，事先不能確定，但無線傳感器網(wǎng)絡的大多數(shù)應用都需要知道網(wǎng)絡中節(jié)點的位置信息，才可能獲取到網(wǎng)絡中事件的發(fā)生位置和信息來源位置 。只有在傳感器節(jié)點自身正確定位后，才能確定傳感器節(jié)點監(jiān)測到的事件及信息發(fā)生的具體位置 [3] 。 此外，在設計路由協(xié)議時利用 節(jié)點位置信息還可以提高路由效率，為網(wǎng)絡提供命名空間，向 網(wǎng)絡 部署者報告網(wǎng)絡的覆蓋質(zhì)量，實現(xiàn)網(wǎng)絡的負載均衡以及網(wǎng)絡拓撲的自配置 [4] 。 傳感器節(jié)點自身定位就是一種通過估計至鄰居節(jié)點的距離或鄰居數(shù)目，利用節(jié)點間的信息交換來確定各節(jié)點自身位置的機制。對于 WSN 來說，人工廣東工業(yè)大學碩士學位論文 2 部署或為所有網(wǎng)絡節(jié)點配置 GPS 裝置都會受到成本、功耗、拓展性等問題的限制，因此，尋求 WSN 自身定位機制成為許多研究機構(gòu)和學者共同探討的問題 [4] 。前者需要測量相鄰節(jié)點間的絕對距離或方位，然后利用該實際距離來確定未知目標節(jié)點位置；后者則僅利用節(jié)點間距離關(guān)聯(lián)關(guān)系計算目標節(jié)點位置。 Rangebased 算法能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位，但由于需要在節(jié)點中加入 GPS 或其它附加的測距的硬件設備，在實際應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)系來確定節(jié)點位置，且對信標節(jié)點的布置和密度要求高，如三邊、多邊測量定位、基于角度測量定位等算法，都需要移動節(jié)點至少獲得 3 個或者 3 個以上信標節(jié)點提供的坐標和距離 [13] 。 動態(tài)算法的研究是最近興起的一個熱點，理論還不完善，有別于靜態(tài)算法所涉及的都是固定節(jié)點，其主要是討論對傳感網(wǎng)中移動節(jié)點定位的方法 [14] ，包括待測節(jié)點的運動和信標節(jié)點的運動。 雖然節(jié)點的移動性使定位過程復雜化，但是利用節(jié)點的移動性可提高定位精度，減少定位代價。 國內(nèi)外學者對定位問題進行了大量研究，提出了幾種比較典型的定位算法第一章 緒 論 3 [17] 。而在無線傳感器網(wǎng)絡中引入移動