论文总字数：22721字

摘 要

无线传感器网络由多个传感器节点组成。它可以将采集到的数据量化处理，并且融合后传递。而节点定位技术是无线传感器网络的核心技术，在传感器网络中部署一定比例的锚节点，这类节点拥有较强的能量并可装备全球定位系统(Global Positioning System, GPS)模块，或可通过其他特定方式获取自身坐标。未知节点通过测量与锚节点的距离、角度、相对位置关系、网络连通性等计算自身的坐标。在无线传感器网络节点定位算法中，主要分为测距和非测距算法，本论文研究了基于接收信号强度指示(Received Signal Strength Indication, RSSI)测距的三边定位算法，并在该算法的基础上，在不增加锚节点数量的情况下，选择将一些定位精度较高的节点升级为锚节点，提高锚节点的覆盖率，从而提高其余未知节点的定位精度。本论文在理论分析的同时，利用MATLAB对两种算法进行仿真分析，由仿真结果可知所提出的算法具有更高的定位精度，验证了算法的有效性和可靠性。同时，本论文也分析了定位误差产生的原因，为今后的无线传感器网络节点定位的研究工作提供了有价值的参考。

关键词：无线传感器网络 接收信号强度指示 三边定位算法 改进算法

Research of Node Localization Algorithm for Wireless Sensor Networks

Abstract

Wireless sensor network contains a large number of sensor nodes. It can quantify the collected data, and then integrate and transmit the data. Node localization technology is an important support technology of wireless sensor network, which can be summarized as: a certain proportion of anchor nodes are first deployed. The nodes have strong energy and can be equipped with global positioning system (GPS) model, or get their coordinates in a specific way. By measuring the distance, the angle, the relative position relation and the network connectivity of the anchor nodes, the unknown nodes calculate their own coordinates. Node localization algorithms of wireless sensor network can be divided into range-based and non-range-based localization algorithms. In this thesis, we first study the trilateration algorithm based on received signal strength indication (RSSI). Then we choose to upgrade some nodes with higher localization accuracy as anchor nodes and improve the coverage of anchor nodes without increasing the number of anchor nodes. so the localization accuracy of other unknown nodes can be improved. This thesis first researches localization theory, and then simulates the two algorithms with MATLAB. The simulation results show that the proposed algorithm has a higher localization accuracy, which verifies the validity and reliability of the algorithm. At the same time, the thesis also analyzes localization errors, which can provides a valuable reference for the future research of node localization in wireless sensor network.

Key words: wireless sensor network; RSSI; trilateration algorithm; improved algorithm

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1无线传感器网络的发展历程 1

1.2.2 无线传感器网络的研究现状 2

1.3本文的研究内容 3

1.3.1 研究内容 3

1.3.2 文章结构 4

第二章 无线传感器网络节点定位算法研究 5

2.1基于测距的定位算法 5

2.1.1 基于RSSI的定位算法 5

2.1.2 基于TOA的定位算法 6

2.1.3 基于TDOA的定位算法 6

2.1.4 基于AOA的定位算法 7

2.2 基于非测距的定位算法 8

2.3 基于测距的算法性能对比 9

2.4 WLAN位置指纹定位算法 10

2.5 本章小结 11

第三章 基于RSSI的三边定位算法的研究 12

3.1 基于RSSI的三边定位算法的原理 12

3.2基于RSSI的三边定位算法的流程 13

3.3基于RSSI的三边定位算法的仿真实验 14

3.3.1 MATLAB仿真软件的概述 14

3.3.2 实验区域的设置及代码实现 15

3.3.3仿真实验结果 16

3.4 本章小结 18

第四章 升级锚节点定位的改进算法研究 19

4.1升级锚节点定位的算法思想 19

4.2 改进算法的具体描述 20

4.3 改进算法的流程图 21

4.4 升级锚节点定位的改进算法仿真 22

4.4.1 实验场景设置和实验结果 22

4.4.2 改进算法的性能分析 24

4.5 定位算法性能对比 25

4.6 无线传感器网络节点定位算法的误差分析 26

4.6.1 无线传感器网络定位系统中的误差 26

4.6.2基于RSSI的三边定位算法误差分析 27

4.6.3 升级锚节点的改进算法误差分析 28

4.7 本章小结 28

第五章 总结与展望 29

5.1 论文总结 29

5.2 研究与展望 29

参考文献 31

致谢 33

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

无线传感器网络技术(Wireless Sensor Network, WSN)在上个世纪九十年代的美国发展起步，随后它的一些应用也开始普遍出现。到了21世纪以后，无线传感器网络技术开始日渐走向成熟，现如今它已经成为国内外研究的热点之一。

无线传感器网络的定位简单概括来说，就是在一定的区域内放置大量的传感器节点，这些节点将信息经网络发送给用户，从而定位到某个物体的位置^[1-2]。全球定位系统是现如今使用最广泛的定位技术，它拥有定位准确性好、实时性好、抗滋扰性强等好处，但是它耗能较大，成本相对较高，由于受到这些能耗、成本等限制，成本低廉、使用灵活的无线传感器网络定位更加拥有良好的发展前景^[3]。

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