无线传感网定位与仿真论文

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1、目录1引言12定位技术22.1基本概念和算法22.1.1感器节点定位的基本概念22.1.2基本术语22.1.3计算节点位置的基本方法32.1.3定位算法分类52.2基于距离的定位62.2.1基于TOA的定位62.2.2基于TDOA的定位72.2.3基于AOA的定位72.2.4基于RSSI的定位92.3距离无关的定位算法92.3.1质心算法102.3.2DV-HOP算法102.3.3APIT算法123算法实现与仿真143.1仿真的硬件平台143.2TinyOS集成开发环境与nesC编程语言143.2.1nesC

2、编程语言143.2.2TinyOS系统153.3基于RSSI信号传播的理论模型的DV-HOP定位算法173.4用TinyOS的TOSSIM及图形化工具TinyViz进行仿真214结语26致谢27参考文献28附录28241引言无线传感器网络是由一些相互配合的节点组织成的一个网络。每个节点都具有处理能力（有一个或多个微控制器，CPU或DSP芯片），还可包括多种类型的存储器（程序，数据和闪存），一个射频收发器（能常是用一个全方位的定向天线），电源（如电池和太阳能电池），和各种传感器、执行器。这些节点被部署在一个特定

3、的环境中后，它们通常通过自组织的形式，实现无线通信。在计算机科学领域，传感器网络是一个研究热点，每年都会召开很多的会议。在众多的研究热点问题中出了MAC（介质访问控制协议）、路由、时钟同步、电源管理这些问题之外，最重要的便是节点定位问题。节点定位是确定在系统中的每个节点的地理位置的问题。定位问题对于WSN来说是必须解决的最基本的问题之一。无线传感器网络中，事件发生的位置是传感器节点监测和应用中需要的重要信息，没有位置信息的监测往往没有意义[1]。定位信息除用来报告事件发生的地点外，还具有下列用途：目标跟踪，实

4、时监视目标的行动路线，预测目标的前进轨迹；协助路由，如直接利用节点位置信息进行数据传递的地理路由协议，避免信息在整个网络中的扩散等等。因此，确定事件发生的位置或获取消息的节点位置是传感器网络最基本的功能，对传感器网络的应用起着关键的作用。虽然使用GPS来定位，比较常见成熟，但无线传感网对成本、和电源有严格的限制，有些场合不适合用来定位。目前，主要解决方法是利用少量已知节点，通过节点定位算法，以获得节点的信息。因此，要采用一定的定位机制与算法来实现WSN的节点定位。本论文在第二章对当前的定位技术进行了详细的阐述

5、。在陈述了节点定位技术的基本概念和术语后，分析了计算节点位置的三种常见方法，包括三边定位，三角定位，极大似然估计。根据定位算法定位时是否需要测量距离为标准，将无线传感器的定位算法分为：基于距离的算法和距离无关的算法，前者着重分析了基于RSSI、TOA等测距的4种定位算法的的原理和思想；距离无关的定位算法讲了质心算法、DV-HOP、APIT算法的理论基础和定位步骤等。最后对这几种算法做了简单的比较，对不同的应用提供参考。在第三章中，以信号传播的理论模型为基础，在Mica2硬件平台，用TinyOS操作系统和nes

6、C语言，实现基于RSSI测距的DV-HOP定位算法，并利用TOSSIM进行了仿真，对得到的结果进行了简要分析。定位算法的具体实现可以为将来实际定位系统提供一些借鉴。242定位技术2.1基本概念和算法2.1.1传感器节点定位的基本概念在传感器网络节点定位技术中，根据节点是否已知自身的位置，把传感器节点分为信标节点（beaconnode）和未知节点（unknownnode）。信标节点在网络节点中所占的比例很小，可以通过携带GPS定位设备等手段获得自身的精确位置。信标节点是未知节点定位的参考点。除了信标节点外，其他

7、传感器节点就是未知节点，它们通过信标节点的位置信息来确定自身位置。在如图1所示的传感器网络中，M代表信标节点，S代表未知节点。S节点通过与邻近M节点或已经得到位置信息的S节点之间的通信，根据一定的定位算法计算出自身的位置[2]。图1　传感器网络中信标节点和未知节点2.1.2基本术语邻居节点（neighbornodes）：传感器节点通信半径内的所有其他节点，称为该节点的邻居节点；跳数（hopcount）：两个节点之间间隔的跳段总数，称为两个节点间的跳数；跳段距离（hopdistance）：两个节点之间间隔的各跳

8、段距离之和，称为两节点间的跳段距离；基础设施（infrastructure）：协助传感器节点定位的已知自身位置的固定设备，如卫星、基站等；到达时间（timeofarrival，TOA）：信号从一个节点传播到另一节点所需要的时间，称为信号的到达时间；到达时间差（timedifferenceofarrival，TDOA）：两种不同传播速度的信号从一个节点传播到另一个节点所需要的时间之差，称为信号的到达时