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1、太原理工大学硕士学位论文无线传感器网络中基于DV-Hop的节点定位算法研究姓名：刘少飞申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：王华奎20100401太原理工大学硕士研究生学位论文 I无线传感器网络中基于 DV-Hop 的节点定位算法研究 摘 要 无线传感器网络是由大量随机分布的小体积、低成本、低功耗的传感器节点通过自组织的方式形成的分布式网络，它综合了微电技术、感知技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，是一种全新的信息获取和处理技术，能够实时监测、感知和采集各种环境或对象的信息并对其进行处理，将信息传送给用户。它在环境监测、国防军事、交通管理等许多领域具有广阔的应用前
2、景。 节点自身定位技术是无线传感器网络的核心技术之一，是传感器网络进行目标识别、监控、跟踪等众多应用的前提，实现高效可靠的节点定位在事件观测、目标跟踪及提高路由效率等方面具有重要意义。因此本文主要研究无线传感器网络节点自身定位算法。主要工作概括如下： 1. 综述了无线传感器网络的研究背景和国内外研究动态，分析了无线传感器网络的体系结构、特点、关键技术及其应用。 2. 论述了无线传感器网络节点定位的基本原理、算法的评价指标、算法的分类，详细分析了现有的几种典型定位算法的基本原理、误差来源、各自的性能，根据常用的算法评价指标，对比分析了各算法的优缺点。 3. 深入研究了无需测距算法中的 DV-Ho
3、p 定位算法，对传统 DV-Hop算法的算法流程、误差来源、通信量及计算量等因素进行深入分析，针对其定位精度较低的缺点提出了一种基于平均跳距估计、利用最小最大方法定位和位置修正的改进 DV-Hop 定位算法。仿真实验结果表明：改进算法太原理工大学硕士研究生学位论文 II可以在不增加节点硬件开销的基础上，更有效地提高节点的定位精度，是一种实用有效的无线传感器网络节点定位方法。 关键词：无线传感器网络，DV-Hop 定位算法，平均跳距，最小最大，位置修正 太原理工大学硕士研究生学位论文 IIIRESEARCH ON NODE LOCALIZATION ALGORITHM BASED ON DV-H
4、OP IN WIRELESS SENSOR NETWORKS ABSTRACT Wireless sensor network is a distributed network made up of many random distribution, small size, low-cost and low-power sensor nodes by the way of self-organization. It is a new information acquisition and processing technology which combines micro-electric t
5、echnology, sensing technology, embedded computing technology, distributed information processing and wireless communication technology. It can monitor, sense and gather information on a variety of environments or objects for real-time and transmit it to users after procession. It has broad applicati
6、on prospects such as environmental monitoring, national defense and military, traffic management and so on. Node self-positioning is one of the core technologies in wireless sensor networks and is the premise of many applications. It is significant to achieve highly efficient and reliable node local
7、ization for event observation, target tracking and efficient routing. So node self-localization algorithm in wireless sensor networks is the main research content in this paper. The major work can be summarized as follows: 太原理工大学硕士研究生学位论文 IV1. On the basis of reading a large number of relevant liter
8、ature, research background and international research， dynamics for wireless sensor network are overviewed. Architecture, features, key technologies and its applications are analyzed briefly. 2. The basic principle of the node location, the evaluation index and classification of the algorithm for wi
9、reless sensor network are discussed. The basic principles of several existing typical localization algorithms, the error sources and their performances are analyzed in detail. And then advantages and disadvantages of algorithms are analyzed comparatively. 3. The DV-Hop localization algorithm which i
10、s one of the Range-Free algorithms is researched deeply. Firstly, algorithmic process, error sources, and the amount of communication and computing for Traditional DV-Hop algorithm are analyzed. For low positioning accuracy in Conventional DV-Hop localization algorithm, an improved DV-Hop localizati
11、on algorithm based on estimate of average hop distance, Min-Max and position correction is brought forward. The simulation results show that the improved algorithm can improve the positioning accuracy more effectively without increasing hardware consumption in nodes comparing with conventional DV-Ho
12、p algorithm. So it is a practical and effective node localization method in wireless sensor networks. KEY WORDS：wireless sensor network, DV-Hop localization algorithm, average hop distance, Min-Max, position correction 声 明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体己经发表或撰写过
13、的科研成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日期： 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：1学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；2学校可以采用影印、缩印或其它子复制手段复制并保存学位论文；3学校可允许学位论文被查阅或借阅；4学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；5学校可以公布学位论文的全部或部分内容 （保密学位论文在解密后遵守此规定） 。 签 名： 日期： 导师签名： 日期： 太原理工大学硕士研究生学位论文 1第一章 绪论 1.1 研究
14、背景 当今，信息技术快速发展，同时伴随着微电子技术、计算技术及无线通信等技术的不断进步，低功耗多功能传感器得到了快速发展，其体积虽然微小，但可将信息采集、数据处理和无线通信等多种功能集于一身。无线传感器网络（WSN：Wireless Sensor Network）集中了微电技术、感知技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术的多种先进技术，改变了人们与自然界的信息交互方式，拓展了人们获取各种信息的能力。无线传感器网络是当前国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域1。许多国家对该领域的研究都非常关注，认为其必将成为影响 21 世纪的重大技术之一。根据无线传
15、感器网络的快速发展及其在生产和生活中的广泛应用前景，美国 MIT 技术评论将其列为将来改变世界的十大关键技术之一2。无线传感器网络节点自定位技术是传感器网络的关键技术之一，是网络其他应用的前提，因此，成为了当前研究的重点方向之一。 1.2 国内外研究现状 20 世纪 90 年代末期，世界上许多国家都相继开始了无线传感器网络的研究工作，美国国防部极其各军事部门在该领域的研究比较早，他们在 C4SISR 的基础上提出了C4KISR 计划3，因特尔公司于 2002 年 12 月 24 日发布了“基于微型传感器网络的新型计算发展规划” ，此计划将使微型无线传感器网络在预防医学、环境监测、森林灭火、海底
16、板块调查、行星探测等领域得到广泛应用。2003 年，美国自然科学基金委员会制定了无线传感器网络研究计划，无线传感器网络研究中心在加州大学洛杉矶分校成立，并联合了其他各高校展开 “嵌入式智能传感器”研究项目。日本总务省在 2004 年 3 月也成立了“泛在传感器网络”调查研究会。加州大学伯克利分校启动了 WINS 项目，该项目包括网络嵌入系统技术，中间件技术如定位、追踪和联网等。大型无线传感器网络可扩展算法、传感器网络和移动装置网络的分布式算法等都获得了 NSF、DARPA 和空军太空实验室的大力支持。除了网络自身的问题以外，还有许多关键技术问题也引起了研太原理工大学硕士研究生学位论文 2究者广泛的关注，如无线传感器网络节点的定位问题，动态功率管理，时钟同步，软、硬件的设计与制造等。长期以来，研究者们一
