基于多跳的定位机制与节能覆盖技术研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文摘要传感器、微机电系统( M E M S ) 、集成电路和低功耗无线通信等技术的飞速发展，使得低成本、低功耗、多功能的微型无线传感器网络的大规模应用成为可能布局和覆盖、节点定位、网络通信协议是传感器网络研究中的几个基本问题其中，节点定位问题是传感器网络进行目标识别、监控、跟踪等众多应用的前提，也是传感器网络研究中的热点问题之一本文对传感器网络的定位技术进行了较为深入的研究由于传感器节点受体积、成本和能量等因素的限制，且通常工作在人类难以或不宜接近的场合，因此定位技术的基本途径是：部署少量已知坐标的参考节点，其他未知坐标的节点通过测量与参考节点的距离、角度，或依据相对位置关系、网络连通性进行一定的计算得出自身的坐标D V - H o p 定位算法将参考节点的位置信息在网络中进行传播，并将未知节点到参考节点之间的距离用网络平均每跳距离和两者之间最短路径跳数乘积表示，使用三边计算获得节点位置信息本文研究适用于煤矿环境的无线传感器网络节点定位技术，对其中的几种主要算法进行了分析与比较；讨论基于多跳的定位机制，为实现煤矿环境下应用对D V - H o p 算法进行了改进，仿真结果表明，改进算法比传统的D V - H o p 算法定位精度约提高了1 0 ％。

研究了定位覆盖问题，对N o d eS e l f - S c h e d u l i n g 覆盖控制算法和暴露穿越覆盖两种方案进行了研究、分析和比较，并基于这些优缺点比较，根据煤矿监测系统的特点，提出一种基于S e l f - S c h e d u l i n g 覆盖算法的节能覆盖方法，仿真分析表明，采用本文的节能覆盖算法，在网络生命期上明显优于贪婪算法，并且本文的节能覆盖算法敏感于网络节点数量，在大量网络节点的情况下，优势更加明显本文提出的优化覆盖方案，具有较长的网络寿命，是一种适合于煤矿环境监测系统的无线传感器网络覆盖方案关键字：传感器网络，定位，D V - H o p 算法，覆盖武汉理工大学硕士学位论文A b s t r a c tT h er a p i dd e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g ys u c ha sW i r e l e s sS e n s o rN e t w o r k , M E M S ，I n t e g r a t e dC i r c u i ta n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nw i t hl e s sp o w e rc o n s u m p t i o nm a k e si tp o s s i b l ef o rl a r g e - s c a l ea p p l i c a t i o no fW i r e l e s sS e n s o rN e t w o r k ．D e p l o y m e n t ，c o v e r a g e ，n o d e sl o c a l i z a t i o na n dn e t w o r kc o m m u n i c a t i o np r o t o c o la r es e v e r a lb a s i cq u e s t i o n so fr e s e a r c ho nW i r e l e s sS e n s o rN e t w o r k ．A m o n gt h e s eq u e s t i o n s ，n o d e sl o c a l i z a t i o ni st h ef o r e h e a da n dt h eh o t s p o to fW S N ．D e e pr e s e a r c ho nl o c a l i z a t i o nt e c h n o l o g yo fW S Ni sd o n e ．L i m i t e db yv o l u m e ，c o s t ，p o w e ra n dh a r dt og e tc l o s et ot h ew o r kp l a c e ，t h eb a s i cl o c a l i z a t i o nw a yi s ：t od e p l o yaf e wa n c h o r s ，o t h e rs e n s o r sc o m p u t et h e i ro w nc o o r d i n a t i o nb ye s t i m a t i n gd i s t a n c e ，a n g e l ，l o c a t i o nr e l a t i o na n dn e t w o r kc o n n e c t i v i t y ．I nD V - H o pl o c a l i z a t i o na l g o r i t h m ，i n f o r m a t i o no fa n c h o rn o d e si ss p r e a da m o n gt h en e t w o r k ，t h ed i s t a n c eb e t w e e nu n k n o w nn o d e sa n da n c h o rn o d e si Sp r e s e n t e db yt h ea v e r a g ed i s t a n c eo fe a c hh o pm u l t i p l ew i t ht h el e a s th o p sb e t w e e nt h e m ，a n dt h e nu s eT r i l a t e r a lt og e tt h el o c a t i o ni n f o r m a t i o n ．R e s e a r c ho nl o c a l i z a t i o nt e c h n o l o g yo fW S Nb a s e do nc o a lm i n ee n v i r o n m e n ti Sd o n e ，s e v e r a lm a i na l g o r i t h m sa r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d ．D V - H o pl o c a l i z a t i o na l g o r i t h mi si m p r o v e dt ob ea p p l i e di nc o a lm i n e ．S i m u l a t i o ns h o w sa b o u t10p e r c e n tl o c a t i o na c c u r a c yi m p r o v e m e n t ．R e s e a r c ho nl o c a l i z a t i o nc o v e r a g ei sd o n e ，N o d eS e l f - s c h e d u l i n gc o v e r a g ea l g o r i t h ma n dR e v e a lC r o s sc o v e r a g ea r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d ．Ap o w e rs a v i n ga l g o r i t h mb a s e do nN o d eS e l f - S c h e d u l i n gi ss u g g e s t e dt oa p p l yi nc o a lm i n ee n v i r o n m e n t ．S i m u l a t i o ns h o w st h a tt h en e t w o r ka p p l i e dt h ep o w e rs a v i n ga l g o r i t h mi so b v i o u s l yb e t t e rt h a tG r e e d yi nn e t w o r kl i f et i m e ．T h ep o w e rs a v i n ga l g o r i t h mi ss e n s i t i v et on o d e sn u m b e ro ft h en e t w o r k , i ts h o w sm u c hm o r eo b v i o u sa d v a n t a g eu n d e rn e t w o r kw i t hl a r g en u m b e ro fn o d e s ．N e t w o r ka p p l i e dw i t ht h ep o w e rs a v i n ga l g o r i t h ms u g g e s t e di nt h i sp a p e rh a sl o n g e rl i f et i m e ，t h ep o w e rs a v i n ga l g o r i t h mi sf i tf o rW S Nb a s e do nc o a lm i n em o n i t o r i n gs y s t e m ．K e yw o r d s ：W i r e l e s sS e n s o rN e t w o r k ，l o c a l i z a t i o n , D V - H o p ，c o v e r a g eⅡ独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意关于论文使用授权的说明本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文 保密的论文在解密后应遵守此规定)- 、，’ 卵么／日期：∥?武汉理工大学硕士学位论文1 ．1 研究背景第1 章绪论无线传感器网络是指由大量成本低廉的，具有感知能力、计算能力、无线通讯能力的传感器节点组成的网络( W S N ，W i r e l e s sS e n s o r N e t w o r k ) 【l 】W s N 一般被密集部署在特定的监控区域，节点间以无线、多跳的通信方式，自组织网络拓扑结构，节点间通过协同工作完成单个节点不能完成的全局任务以前的监控系统经常是将少量的大功率的、具有很强数据分析能力的传感装置安放在离目标有一定距离的观测点进行监控，这样获得的数据很不准确，需要传感装置具有较强的处理分析能力，从混杂的信号中，分析出有用的信息。

现在，微机电系统( M E M S ，M i c r o ．E l e c t r o ．M e c h a n i s mS y s t e m ) 、片上系统( S O C ，S y s t e mo nC h i p ) 和无线通信技术高度集成使我们可以生产出体积小、耗能少、造价低、功能较强的传感器节点，将这种传感器节点高密度的分布在观测区域，我们就可以获得全面的、精确度相当高的数据这从根本上改变了传统监控系统的模式无线传感器网络与传统的无线网络( 如W L A N 和蜂窝移动网络) 有着不同的设计目标，后者在高度移动的环境中通过优化路由和资源管理策略最大化带宽的利用率，同时为用户提供一定的。