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1、华中农业大学楚天学院本科毕业论文（设计）目 录摘 要I关键词IAbstractIIKey wordsII一、概论11.1 无线传感器网络研究背景及研究意义11.2 国内外研究现状21.3 无线传感器网络的应用前景21.3.1 军事防御21.3.2 环境监测21.3.3 医疗卫生21.3.4 反恐抗灾21.3.5 其它领域2二、无线传感器网络定位技术32.1 无线传感器网络概述32.2无线传感器网络节点的结构32.3基于测距技术的定位算法分析32.3.1三边测量法42.3.2三角测量法42.3.3 最大似然估计定位52.4 无需测距技术的定位算法分析52.4.1 质心算法62.4.2 DV-ho
2、p算法72.5 节点定位算法分析72.6 典型的相对定位算法82.6.1 1SPA算法92.6.2 聚类SPA算法92.7 功耗与代价9三、两种基本算法的仿真分析93.1 三边测量法定位103.2 质心算法定位103.3 定位算法的仿真实验103.3.1 三边测量法仿真103.4 三边质心定位算法仿真113.5 运用Matlab对节点定位精度仿真11四、分析12参考文献13致 谢14无线传感器网络定位算法分析与研究摘 要节点位置信息是无线传感器网络应用的基础，在许多应用中都需要知道节点的位置，并且在某些特定环境下还需要获得节点的相对位置1。论文在查阅大量文献的基础上，综述介绍了无线传感器网络自
3、身定位系统和算法的性能评价标准和分类方法,综述了近年来该领域具有代表性的算法及系统的原理和特点,并指出未来的研究方向。并且分别对无需测距技术的传感器网络定位算法和基于测距技术的传感器网络定位算法进行精度仿真比较，并且各选取一种算法进行仿真，并且着重讨论和分析了其中两种典型的基本算法-三边测量法以及三边质心算法，并且分析两者的优缺点及其应用范围。最后本文从理论分析和仿真实验的两个方面评估了所提出的定位算法的性能。仿真结果表明在基于测距技术基础上的三边测量法显示的结果更加精确。关键词无线网络传感器；基于测距技术；无需测距技术；三边测量法；三边质心算法；Wireless sensor network
4、 localization algorithm analysis and researchAbstract The information of node localization is the base in application of Wireless Sensor Networks，In many applications need to know the position of the node，And in some special conditions is needed to obtain the relative positions of nodes。The paper on
5、 the basis of references，Overview of wireless sensor network localization system and Algorithm performance evaluation criteria and classification method。Summarized the field representative algorithm and system principle and characteristics in recent years。And pointed out the future research directio
6、n。As a result of range-free technology sensor network localization algorithm based on distance measurement technology is not so accurate sensor network localization algorithm。So this paper will research basic ranging technology network technology of sensor network localization algorithm。And emphatic
7、ally discusses and analyzes the two kinds of basic algorithm- Three edge measuring method and triangulation method。And an analysis of both advantages and disadvantages and application scope。Finally, this article from the theoretical analysis and MATLAB simulation experiment of two assessment of the
8、proposed algorithm performance。The simulation results show that based on the distance measuring technology based on the three edge measuring method showed more accurate results。Key wordsWireless sensor network；Range-based；Range-free；Three edge measuring method; Three edge centroid algorithm；121 概论1.
9、1 无线传感器网络研究背景及研究意义无线传感器网络被列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一2。随着半导体技术，微机电系统、通信技术和计算机技术的飞速发展，在20世纪90年代末，美国开发了具有现代意义的无线传感器网络技术（WSN）。无线传感器网络以其低功耗，低成本，以及分布式的优点被一些重要机构预测为讲改变世界的重要新技术之一，它将在信息感知领域带来一场变革。无线传感器网络作为一种新兴的技术出现，它的应用也为我们带来了技术的挑战，而节点的准确定位就是其中一项重要的支撑技术。首先，无线传感器网络中的节点所探测到的信息必须结合节点自身的位置,才使得这些信息具有现实意义，否者失去节
10、点的位置信息，节点所探测到的数据将由于不知道具体位置而失去应用的意义。其次，节点的准确位置也是高效的路由选择以及外部目标追踪的基础和必要信息。因此，对节点自身的准确定位在无线传感器网络应用发挥着重要的作用。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。它的目的是协作地感知，采集并且处理其覆盖领域中感知其监测目标的信息，并且最终发送给观察者，由于无线传感器网络的远程监控，能在恶劣的环境或者人为不可达环境中工作的特点，它可以广泛应用于各种领域，比如环境监测，军事国防，交通管理，医疗卫生等。对于节点的定位一直比较直接的想法是为每一个节点配
11、备GPS定位装备，然而无线传感器网络由大量的节点组成，如果使用GPS将无疑极大的增加网络成本。另外GPS装备非常耗电，而无线传感器网络的节点是利用电池供电，电池能量有限并且无法及时充电，客观上也不允许在每个节点上装备GPS装备。因此，在设计无线传感器网络的定位算法时必须考虑到成本，能量有限等特点。无线传感器网络在国内仍处于初期研究阶段，在国外也没有一个成熟的算法作为标准，因此对于无线传感器网络定位技术仍处于早期的研究阶段。当前对于无线传感技术的研究仍然处在一个高速发展的阶段，低功耗就是其发展方向之一，而低功耗与高性能的结合实现还不完全。因此，为了更好的实现无线传感模块的功能，增加模块的可靠性和
12、使用寿命，通过对无线传感节点的硬件功耗的分析，确定无线传感模块各单元的基本功率消耗，并进行相应比较，确定需重点降耗的单元，在此基础上结合当前对低功耗无线传感模块的研究，通过对比分析选择合适的芯片完成对低功耗无线传输模块的自主设计和制作。并辅助软件开发人员完成各子模块的驱动编写，实现低功耗无线传感模块的整体通信功能。无线传感网络是一种开创了新应用领域的新兴概念和技术。当前，传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。无线传感器网络节点的稳定运行是整个网络可靠性的重要保障。低功耗无线传感模块研究具有极其重要的学习和研究价值，其功能的实现具有极其重要的理论和现实意义。首先，现有的众多研究中，将性
13、能和低功耗相结合的较少，有的只考虑低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。本文综合了性能和低功耗的共同需求，经过深入的分析和对芯片的数据比较，提出了低功耗无线传感模块的硬件设计思路。其次，增加无线传感模块的应用。无线传感模块应用已非常广泛，除去组成无线传感网络的应用外，无线传感技术还广泛的应用于环境监测，如车间温湿度、压力等；短距无线通信等。实现了无线传感模块的低功耗，其对电能的需求就会更小，应用的范围将会进一步的扩大。1.2 国内外研究现状 无线传感器网络的构想最初是由美国军方提出的，美国国防部高级研究所计划署（DARPA）于1978年开始资助卡耐基梅隆大学进行分布式传感器网络的研究，这被
14、看成是无线传感器网络的雏形。在这些项目取得进展的同时，其应用也从军用转向民用。在森林火灾、洪水监测之类的环境应用中，在人体生理数据监测、药品管理之类的医疗应用中，在家庭环境的智能化应用以及商务应用中都已出现了它的身影。早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大
15、量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成3。随着无线传感器网络的兴起，节点的自身定位引起了许多学者极大的关注，也成为无线传感器定位的研究热点之一。定位问题是无线传感器网络各种各样应用的基础，总的来说，定位的机制和算法分为两个部分：节点的自身定位和外部目标定位。而前者是后者的基础 虽然国内外在定位这一问题上取得了一些的成果，但是仍处于研究初期阶段。尽管目前开发了一些算法来解决定位问题，在定位效果上也取得了不错的成绩，但是每一种算法都是适合某类具体的应用，没有一个通用的算法可以涵盖所有的应用因此没有形成行业标准。关于无线传感器网络自身定位算法的研究成果，可以按照无线传感器定位算法的发展分成三大类：1. 第一类是偏重于基于基础设施的定位算法（Infrastructure-Based Algorithm）。这类算法的典型代表为1992年AT&TBadge定位系统，在1999年设计了Active Bat定位系统，都用于室内的定位，2000年MIT发开了Cricket定位系统，采用射频信号和超声波信号实现节点定位。微软于2003年开发了RADAR系统，实现系统定位与跟踪。第一类的算法依赖于外部的基础设施为定位系统提供硬件支持，因此对硬件要就较高，实现的成本也较高。2. 针对
