1、無線傳感器網(wǎng)絡是由大量隨機分布的,集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微小節(jié)點通過自組織的方式構成的網(wǎng)絡。近年來,無線傳感器網(wǎng)絡技術取得了飛速發(fā)展,在工農(nóng)業(yè)、軍事國防、環(huán)境監(jiān)測等許多領域都有著廣闊的應用前景。無線傳感器網(wǎng)絡作為一個全新的研究領域,向科技工作者提出了大量具有挑戰(zhàn)性的課題,節(jié)點自定位問題就是其中之一。實現(xiàn)節(jié)點的自身定位是無線傳感器網(wǎng)絡進行目標識別、監(jiān)控、跟蹤等眾多應用的前提,節(jié)點自定位問題的研究已經(jīng)成為無線傳感器網(wǎng)絡研究領

2、域非常重要的一個研究方向。
　　 無線傳感器網(wǎng)絡中的傳感器節(jié)點往往布設規(guī)模大且隨機布放,又因其能量有限,可靠性差,無線模塊的通信距離有限等諸多限制條件,對用于實現(xiàn)其自定位的相關技術和算法提出了很高的要求,使用常規(guī)的GPS方法定位或現(xiàn)場工程測量方法定位都是不恰當?shù)?。應用于無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的自定位系統(tǒng)須要適合其自身的特點,通常要求具備自組織性、健壯性、能量高效性以及分布式計算等特性。
　　 本文的研究工作圍繞無線傳感器網(wǎng)絡

3、節(jié)點的自定位這一課題展開,在對近年來該領域所取得的研究成果進行深入學習與理解的基礎上,將研究目標確定為探索在現(xiàn)有的節(jié)點硬件條件下,從算法研究的角度來解決節(jié)點的自定位問題。本文的主要貢獻包括以下內(nèi)容:
　　 1.在許多無線傳感器網(wǎng)絡的應用中,為了便于計算及描述,往往將節(jié)點的布設區(qū)域抽象簡化為二維空間,也因此將節(jié)點自定位問題簡化在二維空間層面進行解決。本文提出一個分布式的節(jié)點自定位系統(tǒng),適用于可將定位環(huán)境近似為二維平面的應用場景,該

4、系統(tǒng)包含通常的三個定位步驟:①未知節(jié)點與信標節(jié)點之間的距離估計,②未知節(jié)點初步自定位計算,③未知節(jié)點位置求精計算。與以往的分布式節(jié)點自定位系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)在節(jié)點初步自定位計算階段及位置求精計算階段所使用的算法上面進行了創(chuàng)新性的研究工作:
　　 (1)在節(jié)點初步自定位計算階段提出使用算法組合Min-max+LI來確定節(jié)點的位置。Min-max算法是既有的用于無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點自定位計算的經(jīng)典算法,LI算法(平面距離交會算法)是原應

5、用于工程測量領域的平面控制點加密算法,兩種算法的組合使用可互補其在定位計算中的優(yōu)缺點。
　　 (2)在節(jié)點位置求精計算階段提出使用SD算法(最速下降算法),將節(jié)點位置求精過程轉(zhuǎn)化為求非線性方程組最優(yōu)解的過程來實現(xiàn)優(yōu)化。
　　 以理論分析結合仿真實驗的方式論證所提出的系統(tǒng)的可行性與有效性。實驗結果表明,綜合考量定位精度、定位覆蓋率、計算量、通信負荷等方面,本文提出的系統(tǒng)優(yōu)于一些前人研究中提出的典型的分布式節(jié)點自定位系統(tǒng)。<

6、br>　　 2.針對無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的自定位問題,盡管已經(jīng)提出了多種解決方案,但這些方案多數(shù)是將傳感器節(jié)點的布設區(qū)域假設或簡化為二維平面來進行設計和評估的。本文分析了在無線傳感器網(wǎng)絡的一些實際應用中實現(xiàn)節(jié)點在三維空間自定位的必要性,并就定位系統(tǒng)的模型設計及算法使用方面進行創(chuàng)新性研究:
　　 (1)文中論述了使用移動信標節(jié)點布設機制的優(yōu)越性,提出一個采用空載的移動信標節(jié)點實現(xiàn)全網(wǎng)信號覆蓋的節(jié)點三維自定位系統(tǒng)。該定位系統(tǒng)的運作模

7、式為:布設于應用區(qū)域內(nèi)的未知節(jié)點被動地接收由空載的移動信標節(jié)點發(fā)射的UWB信號來獲取定位所需信息,并藉此采用TOA測距技術測量其與信標節(jié)點之間的空間距離,而后使用基于距離測量的三維位置計算算法實現(xiàn)分布式的自定位。
　　 (2)提出采用原應用于工程測量領域的空間控制點加密算法--SDI算法(空間距離交會算法)作為系統(tǒng)中使用的三維位置計算算法,來實現(xiàn)分布式的節(jié)點三維自定位計算。
　　 論述了所提出的定位系統(tǒng)模型的一些特點及優(yōu)

8、點,并以理論分析結合仿真實驗的方式論證使用SDI算法實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點三維自定位的可行性與有效性。依據(jù)仿真實驗結果,主要可得出兩方面的結論:一方面是SDI算法對測距誤差敏感,在測距精確的情況下是一種表現(xiàn)良好的三維位置計算算法,因為UWBTOA測距技術可提供精確的空間測距,故本文提出的定位系統(tǒng)整體可獲得良好的定位表現(xiàn)；另一方面是當測距誤差較大時,SDI算法在高程定位精度方面優(yōu)于其他兩種典型的位置計算算法Lateration與Min-m