重庆交通大学毕业设计 开题报告

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1、毕业设计（论文）开题报告题冃 Amorphous定位算法仿真与分析专业通信工程班级2010级2班学生学号指导教师重庆交通大学2014 一、选题目的的理论价值和现实意义理论价值：无线传感器网络主要由部署在监测区域内的微型、具有感知及无线通信能力的传感器 节点组成，节点间以无线通信方式构成一个多跳的自组织网络。其能够协作地实时监测、 感知和釆集网络分布区域内监测对象的信息，并对这些信息进行处理，将获取到的信息 发送到任务管理节点或者需要这些信息的用户。无线传感器网络定位技术对无线传感器网络的多数应用來说，无时空标识数据是没有价值的，所以获得传感 器节点位置是需要知道的最基本的信息之一近年，无线传感

2、器网络节点定位问题己成为 研究热点。根据节点定位过程中是否需要知道节点间的绝对距离或相对角度等信息，将 无线传感器网络定位算法分为：距离和关定位算法和距离无关定位算法。距离相关定位 算法可获得较高的定位精度，但对传感器节点要求较高，且易受外界环境影响，典型的 算法有TOA、AOA以及RSSI等。距离无关定位算法利用节点间估算距离來计算节点位 置，无需额外硬件支持、功耗和成本低、定位精度适中，典型算法有质心算法、凸规划 算法、DV-hop算法、Amorphous算法等。与距离相关定位算法相比，距离无关定位算法 更加适合大规模无线传感器网络的应用。在本文中我们主要研究与距离无关的Amorphous

3、定位算法。Amorphous算法是MIT的RadliikaNagpal等提出的一种与距离无关的定位算法。Ainoiphous算法由DV-Hop算法改进得來，在DV-Hop算法中未知节点通过计算与信标节 点之间最小跳数，估算平均每条距离，用最小跳数乘以平均每跳距离得到两点距离，再 利用三边测量法或最大似然估计发对未知节点定位。有很多专家对DV-Hop算法提出改 进，对于Amoiphou淀位算法改进的改进算法比较少，但是Amoiphou淀位算法简单， 无需测距，容易实现。现实价值：随着无线技术的快速发展和日趋成熟，无线通信也发展到一定的阶段，其发展的技术越 來越成熟，方向也越來越多，越來越重要，大

4、量的应用方案开始采用无线技术进行数据 釆集和通信。微机电系统和低功耗高集成数字设备的发展，使得低成本、低功耗、小体 积的传感器节点得以实现。这样的节点配合各类型的传感器，可组成无线传感器网络(WSN) o无线传感网络是一种开创了新的应用领域的新兴概念和技术。广泛应用于战 场监视、大规模环境监测和大区域内的目标追踪等领域。传感技术、传感网络己经被认 定为最重要的研究之一。因为无线传感器网络节点一般釆用电池供电，工作环境通常比较恶劣，而且数量大、更换非常困难，所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则 之一，因此，它迫切需要对传统的嵌入式应用开发进行更新和改进，需要精心设计的软 硬件系统，以使其可

5、靠而耐用。2003年，美国技术评论杂志论述未来新兴十大技术时,WSN被列为第一;美国今 日防务杂志更认为WSN的应用和发展将引起一场划时代的军事技术革命和未來战争的 变革。可以预测,WSN是信息感知和釆集的一场革命，是21世纪最重要的技术之一。低功 耗无线传感模块，便是组成无线传感网络的节点。此方面的研究由來己久，是计算机应 用的扩展，釆用了大规模集成电路和嵌入式技术，使用智能微处理器对采集到的信息进 行处理和加工。现已广泛应用于社会建设的各个层面和人们的日常生活当中。但过去的 研究有的只考虑低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。因此，在无线传感技术应用如此广泛的今天，在保证无线传感模块性

6、能的同时乂能 实现其低功耗具有一定的理论和现实意义。无线传感器网络是由检测区域内大量的微型传感节点组成，这些传感节点具有通 信、感知、数据处理和存储等功能，并通过无线通信方式形成一个自组的网络系统，其 能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内监测对象信息，并对这些信息进行处 理，将获取到信息发送到任务管理节点或者需要这些信息的用户。传感器中的节点自身的正确定位是提供监测事件位置信息的前提，只有在传感器节 点自身正确定位后，才能确定节点监测到的事件的具体位置，节点定位是无线传感器网 络应用于目标识别、监控、跟踪等领域的前提和基础。目前最成功的、使用最广泛的定位系统是全球定位系统GPS。GPS

7、具有定位精度高, 抗干扰能力强和实时性好，但是无线传感器使用GPS定位系统來获得所有节点位置的方 案并不可行，至少目前存在着很大的困难。在本文中的Ainoiphous定位算法就是节点定位算法中与距离无关的一种。结合无线 传感器网络的特点，提出了一种发送数据包生存时间的Ainoiphous法來提高系统定位 精度。二、本课题在国内外的研究状况及发展趋势(1) 国内外研究现状及发展趋势无线传感模块是新兴的下一代无线传感网络节点，它是组成无线传感网络的基本部 分。最早的代表性论述出现在二十世纪九十年代末，题为“传感器走向无线时代”。传 感技术的发展经历了一般传感器、智能传感器、无线传感器等儿个阶段。一

8、般传感器， 是最早产生的传感器，只能实现数据采集；智能传感器则是在一般传感器的基础上将处 理计算能力与传感器相结合，使得传感模块不但能够实现数据等信息釆集，还能对所采 集到的信息进行一定程度的计算和处理；无线传感器则是在智能传感器的基础上再集成 无线功能模块，使得传感器不再是单独的感知模块，而是一个能够实现数据釆集、处理, 信息交换和控制的有机整体。为了实现随时随地与任何人或任何设备的互联互通，无线通信技术获得了蓬勃发 展。在正交频分复用(OFDM)和多入多出(MIMO)等基础技术支持下，多种无线技术如 蓝牙、Wi-Fi. WIMAX、超宽带和无线局域网获得了长足发展。作为蓬勃发展的无线技 术

9、，近儿年正是其大变革时期。随着儿种重要基础技术的推广和实际应用，无线通信的 速度也将得到大大提高。无线传感模块属于无线技术中较为底层的一个分支，由于越来 越多的应用方案开始釆用无线节点进行数据采集和通信。综合了传感器技术、嵌入式计 算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等的无线传感网络，是当前的 热点研究领域。而无线传感网络节点的稳定运行是整个网络可靠性的重要保障，因此无 线传感模块的设计，传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。当前国内外出现了多种无线传感器网络节点的硬件平台。典型的节点包括Mica系 列、Telos、IRIS和Iinote2等。各平台的主要区别是采用了不

10、同的处理器和无线通信模 块。有些节点具有高性能但功耗较大，如Iinote2节点，不适用于能量受限的应用环境。 其他一些节点，如Telos、Mica等，由于设计时间较早，其性能己经落后于当今的集成 电路工业设计水平。因为无线传感器网络节点一般釆用电池供电，工作环境通常比较 恶劣，而且数量大，更换非常困难，所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之 一。HP (美国再生能源办公室工业技术计划)在2002年发布的报告“21世纪工业无线 技术”第一页中引用了总统科技顾问的断言：无线传感器可将能源利用率提高10%,将 能源损耗减少25%。后來的研究，如hitelMote的研究项目则注重了三个方面的要求

11、，包 括低功耗操作、系统级集成和硬件的重新配置，希望做到平衡功耗与性能的矛盾，但目 标的实现还需要一定的努力。MIT发展的模块化平台对于具体的传感器有不同的硬件设 计，他们的传感器的主要功能是数据收集，采用垂直连接器來使不同的处理层整合到一 起，其目的是为了设计一个通用的系统来取代单一的硬件系统。随着电子技术、计算机技术以及集成技术的不断发展，传感技术也会得到不断的发 展和完善。并且会有更多的结构新、功能强、耗能低的传感器用运于各种实际的无线网 络当中，以高的精确度和良好的稳定性服务于更加广泛的领域。正是由于低功耗无线传感节点在如此广范围内的应用，使得它受到了來自军事、工 业和商业以及学术专家

12、的极大关注。其发展方向必然是无线通信的网络化，即通过自组网的方式形成动态、自适应的无线传感网络。而无线传感网络（WSN）是当前在国际 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。它综合了传 感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等。我国 迫切需要提升对此的认识程度，并尽快推动其发展。因此，以无线传感模块为基础，实 现传感网络的无线互联将是一个必然的趋势。另外由于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。在不同的 应用中，传感器网络节点的组成不尽相同。已有的节点，有的只考虑低功耗而性能不高, 有的性能高但是功耗太大。因此，无线传感

13、模块的发展必然是趋向与低功耗的。即在保 证所需要实现功能的基础上，尽量的实现整个模块的低功耗，共至在不影响整体性能的 情况下适当减少部分功能来实现降低功耗的目的。当前对无线传感模块的应用都是静止性的，就目前存在的无线传感网络（WSN）, 构成网络的各个节点都是被固定的安放在一个地方，要实现对整个环境的检测，就需要 向环境中投放大量的无线传感节点。这样一來成本就会非常的高。若实现无线传感模块 对信息的移动式釆集，则在同一个环境内投放更少的节点，就能实现对环境的全面检 测。正是由于当前能耗对无线传感模块的影响，低功耗研究才上升为一个热点领域，不 论是使用电源或者电池供电，在实现低功耗后，无线传感模

14、块的发展趋势必然是自生能 源式的。利用太阳能、振动能量、地热、风能等实现无线传感模块的电能供应对于全面 提高无线传感模块的能力将会起到巨大的作用。最后，基于能力存储技术的发展，电池的容量越來越大，再加上低功耗的实现，无 线传感模块的适用寿命不断增加将会成为一个绝对趋势。未来的无线传感模块必将是集 稳定性与安全性、扩展性与灵活性、微型化与低成本等特点为一体的。（2）国外研究机发展趋势1998年，美国国防部提出了“智能尘埃”的概念，最先开始无线传感器网络技术的 研究，目的是为监控敌方的活动情况而不被察觉。2001年，美国陆军提出“灵巧传感器 网络通信”计划，将无人值守式弹药、传感器和未來战斗系统所

15、用的机器人系统连成网 络，以便成倍提高单一传感器的能力，从而提高未來战斗系统的生存能力。2002年，英 特尔公司发布了 “基于微型传感器网络的新型计算发展规划”，该规划主要致力于微型 传感器网络在医学、环境监测、森林灭火、海底板块和行星探测等领域的应用。同年欧 盟提出了一项为期3年的EYES（自组织和协作有效能量的传感器网络）计划，主要研究无 线传感器网络的构架、节点的协作、网络协议和安全等。美国科学基金委员会2003年制定了无线传感器网络研究计划，研究领域涉及能感知 有毒化学物、生物攻击等的传感器节点、分布环境下传感器网络的特性等问题。2005年, 对网络技术和系统的研究计划中，主要研究下一

16、代可靠性高、安全的可扩展的网络、可 编程的无线网络及传感器系统的网络特性，资助金额达4000万美元。此外，美国交通部、 能源部、美同国家航空航天局也相继启动了相关的研究项目。美国著名院校儿乎都有研 究小组在从事无线传感器网络相关技术的研究。加州大学伯克利分校、麻省理工学院、 康奈尔大学、哈佛大学等在无线传感器网络研究领域成绩较为突出。加拿大、英国、徳国、意大利和日本等国家的研究机构也加入了无线传感器网络的研究。 欧盟的 Pliil. ips、FranceTelecom Siemens、Ericsson 等公司，丨丨本的 NEC、欧姆龙、 OKI、Sk. y2等公司都开展了无线传感器网络的研究。三、研究重点在本文中主要研究无线传感器节点定位算法中的与距离无关的Amorphous定位算 法。传感器节点是无线传感器网络中的基本组成单位，对于己知位置，并协助未知节点 定位的节点称为锚节点。典型的无