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基于局部保持典型相关分析的无线传感器网络三维定位算法

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计算机科学 2017年第9期44卷 105-109,130页

作者：崔鸿飞刘佳顾晶晶庄毅南京航空航天大学计算机科学与技术学院南京210016

针对目前无线传感器网络三维空间定位算法精度不高、稳定性差等问题,在基于局部保持典型相关分析LPCCA模型的基础上构造三维定位算法3D-LE-LPCCA。首先,将LPCCA模型拓展到三维空间并建立信号空间和物理空间的映射模型,通过求解映射模型... 详细信息

针对目前无线传感器网络三维空间定位算法精度不高、稳定性差等问题,在基于局部保持典型相关分析LPCCA模型的基础上构造三维定位算法3D-LE-LPCCA。首先,将LPCCA模型拓展到三维空间并建立信号空间和物理空间的映射模型,通过求解映射模型得到未知节点在物理空间上的临近节点集;其次,采用共面度阈值和体积比阈值的约束在临近节点集上计算出最佳定位单元;最后,采用最佳定位单元计算未知节点的坐标。仿真实验表明,该算法具有良好的定位效果,有效地提高了三维定位算法的精度和稳定性,降低了节点能耗。

关键词：无线传感器网络局部保持典型相关分析三维定位算法共面度体积比

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煤矿井下无线传感器网络三维定位算法研究

煤田地质与勘探 2016年第1期44卷 116-122页

作者：尚超王峰聂百胜籍锦程太原理工大学信息工程学院山西太原030024 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083

针对煤矿无线传感器网络定位存在节点模型不合理、定位精度差、算法不稳定等问题,提出一种新的煤矿井下巷道节点模型,并在此基础上提出基于粒子群算法的煤矿井下无线传感器网络节点三维定位算法。该算法将三维空间中未知节点与相邻的信... 详细信息

针对煤矿无线传感器网络定位存在节点模型不合理、定位精度差、算法不稳定等问题,提出一种新的煤矿井下巷道节点模型,并在此基础上提出基于粒子群算法的煤矿井下无线传感器网络节点三维定位算法。该算法将三维空间中未知节点与相邻的信标节点之间的估算距离和测量距离的均方误差作为优化的目标函数,通过粒子群优化来提高定位精度。理论分析和仿真结果表明,该算法具有定位精度高以及稳定性较好等特点,适用于煤矿井下无线传感器网络节点定位。

关键词：无线传感器网络煤矿节点模型三维定位算法粒子群算法

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基于移动锚节点的鸟群优化三维定位算法研究

基于移动锚节点的鸟群优化三维定位算法研究

作者：张海艳上海师范大学

学位级别：硕士

无线传感器网络是一个多学科交叉的热点研究领域,目前已广泛应用在军事、医疗、环境监测、灾难救援等领域。节点定位技术作为无线传感器网络的关键性技术一直以来广受国内外研究学者重视。本文在分析和总结无线传感网三维定位算法及其... 详细信息

无线传感器网络是一个多学科交叉的热点研究领域,目前已广泛应用在军事、医疗、环境监测、灾难救援等领域。节点定位技术作为无线传感器网络的关键性技术一直以来广受国内外研究学者重视。本文在分析和总结无线传感网三维定位算法及其不足基础上,针对定位存在节点分布不均、边界节点难定位和定位精度低等问题,主要从智能优化算法、移动锚节点两方面对基于DV-hop的三维定位算法进行改进,并对其性能进行仿真实验验证研究。首先针对DV-hop三维定位算法定位精度低的原因进行分析,提出了基于测距误差修正和鸟群算法的三维定位算法,算法通过引入多通信半径对节点间跳数进行更细致的划分,使节点间跳数值的计算更精确,降低平均跳距的计算误差;然后引入鸟群算法对未知节点位置坐标进行估算,提高节点的估计坐标解算精度。由仿真实验分析得出该算法定位精度比传统的三维DV-hop算法定位精度更高。其次针对上述三维定位算法中节点位置坐标求解方法进行进一步的改善,提出了基于改进鸟群算法的三维定位算法。该算法在节点坐标计算阶段,通过对原始鸟群优化算法的初始化、觅食和飞行三个不同阶段分别进行改进,以提高节点坐标求解的精度,从而使改进后的三维定位算法定位精度更高。通过仿真实验与已有算法进行比较,结果表明基于改进鸟群算法的三维定位算法定位精度更高。最后从节约成本和提高定位精度方面综合考虑,提出了基于移动锚节点的改进鸟群优化三维定位算法。为降低锚节点数量,该算法通过使用两个移动锚节点从两端同时按照改进后的Z曲线路径进行移动,在锚节点移动的过程中向周围节点发送虚拟锚节点位置信息,然后通过改进的鸟群算法对未知节点位置坐标进行解算。MATLAB仿真实验表明,与静态锚节点定位相比加入移动锚节点的定位算法既能保证节点的定位精度,又可以节约成本。

关键词：三维定位算法动态学习因子鸟群优化算法移动锚节点 Z曲线

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基于RFID的三维定位算法研究

基于RFID的三维定位算法研究

作者：李潇东北大学

学位级别：硕士

近几年来,随着移动通信、无线技术的迅猛发展以及“情境感知服务”、“普适计算”等概念的提出,越来越多的应用领域需要对环境中的物体进行信息的获取与处理,感知环境中的各种变化,并获得多样的背景服务。其中,获取服务对象的位置信息... 详细信息

近几年来,随着移动通信、无线技术的迅猛发展以及“情境感知服务”、“普适计算”等概念的提出,越来越多的应用领域需要对环境中的物体进行信息的获取与处理,感知环境中的各种变化,并获得多样的背景服务。其中,获取服务对象的位置信息决定着情境感知服务能否准确、高效地施行。因此,无线定位技术受到人们越来越多的关注。射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)技术,具有容量大、体积小、非接触、成本低、精度高、灵敏度高、寿命长以及对环境的适应能力强等优势,成为在室内环境中进行目标定位的首选技术,且越来越多的应用领域需要通过定位得到目标物体的高度或者深度,因此本文主要研究基于RFID的三维定位算法。本文在研究了基于RFID的经典定位算法之后,提出了两种基于RFID的三维定位算法：基于改进BVIRE的三维定位算法以及MR-VLM三维定位算法。基于改进BVIRE的三维定位算法是将BVIRE定位算法扩展到三维空间,提出了新的三维定位模型,并针对其缺点进行了以下两个方面的改进：第一,采用三元多阶非线性插值算法代替线性插值算法计算虚拟参考标签的RSSI (Received Signal Strength Indication)值;第二,提出三维密度地图,对待定位标签潜在位置区域的细化方法进行改进。MR-VLM三维定位算法,是在VLM三维定位算法的基础上,在位于H/2(H为定位空间高度)的平面上加入了移动的RFID读写器,该读写器通过移动来增强包容性约束以及排他性约束,这样不仅可以减小待定位标签的潜在位置区域的范围,也能够有效地避免RFID读写器的读取盲区。最后,本文将这两种基于R-FID的三维定位算法使用MATLAB进行了仿真分析,经过实验得出,基于改进BVIRE的三维定位算法的定位精确度比BVIRE算法提高了12.8%-41%, MR-VLM三维定位算法的定位精确度比VLM三维定位算法提高了22.97%～42.74%。

关键词： RFID 三维定位算法 BVIRE算法 MR-VLM算法

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煤矿井下无线传感器网络三维定位算法研究

煤矿井下无线传感器网络三维定位算法研究

作者：尚超太原理工大学

学位级别：硕士

无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是通过各种传感器节点之间的协同工作，实现对限定空间内信息的收集和传输。它拓展了人们获取各种信息的能力和手段，具有很好的应用前景，是目前最具影响力的技术之一。在无线传感器网... 详细信息

无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是通过各种传感器节点之间的协同工作，实现对限定空间内信息的收集和传输。它拓展了人们获取各种信息的能力和手段，具有很好的应用前景，是目前最具影响力的技术之一。在无线传感器网络中节点都是随意布置在限定空间中，由于节点位置对于感知到的信息十分重要，因此，WSN中未知节点的定位就成为网络一切效能的基础。无线传感器网络（WSN）中节点定位的实现可以通过在节点上增加相应的定位设备来实现，但这种方法会增加节点对硬件的要求，同时也会导致传感器节点单价的提高，增加网络的成本，不利于在网络中大量布置，因此研究出更好的传感器节点定位技术对于WSN的推广和应用就变得非常有必要。 WSN的定位算法主要有两类：与测距相关（基于测距）和与测距无关（基于非测距）的方法。基于测距算法达到的定位精度高、定位效能好，但它对节点软、硬件要求高，且功耗大;基于非测距算法的实现较简单，但其定位精度和效能要低于非测距算法。本文旨在研究煤矿井下巷道中节点定位算法情况，对比不同定位算法在煤矿巷道中的定位效果，实现对煤矿井下巷道中定位算法的研究。本文具体研究内容包括：（1）根据巷道实际情况，建立巷道模型及巷道中锚节点部署方法，建立井下巷道三维定位模型。（2）将新巷道锚节点模型与煤矿井下巷道实际情况相结合，提出了基于RSSI测距定位算法，并在该算法中引入粒子群优化算法，降低测距过程中所产生的误差对节点定位精度的影响，并进行系统模型的理论分析。（3）在RSSI算法基础上，针对井下特殊区域内对定位精度的要求，提出井下TDOA/AOA混合算法。该算法对节点硬件有一定要求，但其实现的定位精度却是其他算法无法比拟的，仿真时选择不同测距算法进行模型论证和算法验证。（4）研究了非测距定位算法的特性，结合井下巷道地形模型，通过构建巷道Voronoi图，增加巷道内虚拟锚节点数量，并结合DV-Hop算法引出新的井下三维定位算法，该算法兼顾网络成本和定位精度的需求。

关键词：无线传感器网络三维定位算法煤矿巷道锚节点定位模型 Voronoi图虚拟锚节点

无线传感器网络中APIT-SC三维定位算法

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传感器与微系统 2015年第7期34卷 104-106,109页

作者：周礼争唐瑞张乙竹程俊余敏江西师范大学计算机信息工程学院江西南昌330022 江西师范大学软件学院江西南昌330022

针对无线传感器网络中近似四面体内点三维(APIT—3D)定位算法存在的问题,提出一种基于球切割的APIT(APIT—SC)定位算法。该算法改善在节点分布不均匀时定位精度和定位覆盖率差的问题,用体积规则减少PIT—3D测试中出现Out To In和In To ... 详细信息

针对无线传感器网络中近似四面体内点三维(APIT—3D)定位算法存在的问题,提出一种基于球切割的APIT(APIT—SC)定位算法。该算法改善在节点分布不均匀时定位精度和定位覆盖率差的问题,用体积规则减少PIT—3D测试中出现Out To In和In To Out错误。以球切割法和轮回选择法改善算法性能,降低计算复杂度。仿真实验表明:500个节点随机部署在100 m×100 m×100 m的理想网络环境下,APIT—SC算法定位覆盖率可达91%,定位误差在23%左右。与APIT—3D算法相比,降低了计算复杂度,提高了定位精度。

关键词：无线传感器网络三维定位算法体积规则球切割轮回选择法

基于多维定标的无线传感器网络三维定位算法研究

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基于多维定标的无线传感器网络三维定位算法研究

作者：张荣磊南昌航空大学

学位级别：硕士

在无线传感器网络的应用中,对传感器节点的定位是不可或缺的。大多数情况下,传感器节点被随机地部署在监测区域内,无法预先知道自身的地理位置。通常,监测区域往往是立体的空间范围,因此,只对节点进行二维平面定位不能准确地刻画出其位... 详细信息

在无线传感器网络的应用中,对传感器节点的定位是不可或缺的。大多数情况下,传感器节点被随机地部署在监测区域内,无法预先知道自身的地理位置。通常,监测区域往往是立体的空间范围,因此,只对节点进行二维平面定位不能准确地刻画出其位置所在,需要进行三维空间定位。课题来源于江西省科技攻关项目。本课题针对大规模无线传感器网络的节点计算能力低下,网络拓扑复杂和能量受限的特点,对无线传感器网络的三维空间定位算法进行了研究,考虑大规模部署下如何降低成本和提高定位精度的问题。本文提出基于多维定标的无线传感器网络三维定位算法(A Three-dimensional Localization Method Based on Multidimensional Scaling in Wireless Sensor Networks,简称3D-MDS),针对大规模无线传感器网络的特点,研究MDS(Multidimensional Scaling)技术和基于距离的定位算法,利用成簇机制和构建全局坐标系的方式对网络进行两次逻辑划分。簇结构的使用能够有效减少簇内节点的数目,同时抑制了簇内多跳距离的存在,从而降低计算的复杂性,提高以簇为单位的相对定位精度。为了降低测距误差对定位精度的影响,本文使用RSS经验衰减模型估测单跳节点间的距离,并对利用卡尔曼滤波算法降低噪声的过程进行了探讨。在利用基于MDS技术的定位算法计算簇内相对坐标时,结合节点的可变功率和三角形法则,对测距所形成的相异性矩阵的误差提出一种修正方法,并采用一种轻量级矩阵分解算法计算簇内三维相对坐标,以降低计算的复杂度。为了得到整网所有节点的全局坐标,在全局坐标转换阶段,算法由簇头在每个簇内选取一定数目的节点参与构建全局坐标系,并通过节点间最短路径上跳段累加的方法获得相应的距离估算,再由后台完成全局坐标和转换变量的计算。簇头节点根据转换变量,只需计算一次即可得到簇内节点的全局坐标。最后,为了进一步提高节点的初始坐标精度,在后台使用一种迭代优化算法对MDS的系数方程进行迭代求精。文章的实验部分详细设计了基于3D-MDS定位算法的定位平台,在TinyOS和TelosB平台下利用nesC完成了定位平台的主要功能,并分别在室内和室外进行了定位实验。

关键词：无线传感器网络三维定位算法多维定标

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无线传感器网络三维定位算法综述

池州学院学报 2014年第6期28卷 29-32页

作者：杨利闵辉刘琳岚舒坚池州学院数学与计算机科学系安徽池州247000 南昌航空大学物联网技术研究所江西南昌330063 江西科技学院商学院数字技术系江西南昌330029 南昌航空大学软件学院江西南昌330063

定位算法是无线传感器网络(WSN)研究热点,是WSN应用的基础性支撑性技术之一。首先对定位过程中的测距相关、测距无关和基于事件驱动定位的典型算法进行了归纳总结,其次对三维定位算法进行了综述,最后,结合目前定位算法的特点,提出了定... 详细信息

定位算法是无线传感器网络(WSN)研究热点,是WSN应用的基础性支撑性技术之一。首先对定位过程中的测距相关、测距无关和基于事件驱动定位的典型算法进行了归纳总结,其次对三维定位算法进行了综述,最后,结合目前定位算法的特点,提出了定位算法研究的趋势。

关键词： WSN 定位算法三维定位算法

基于多维尺度分析的三维非均匀无线传感网定位算法研究

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基于多维尺度分析的三维非均匀无线传感网定位算法研究

作者：刘春平杭州电子科技大学

学位级别：硕士

无线传感器网络近年来成为IT领域的研究热点，节点的定位技术是其重要的支撑技术之一，节点感知得到的数据只有知道具体发生的位置才具有物理意义，故节点的定位研究处在至关重要的基础性地位。通常，真实场景中监测的区域需要节点在三... 详细信息

无线传感器网络近年来成为IT领域的研究热点，节点的定位技术是其重要的支撑技术之一，节点感知得到的数据只有知道具体发生的位置才具有物理意义，故节点的定位研究处在至关重要的基础性地位。通常，真实场景中监测的区域需要节点在三维环境中部署，而现有大部分的定位算法的前提都是基于节点二维分布，在实际应用中不能准确地计算具体位置。因此，立体三维环境中的节点定位问题面临巨大挑战，是未来的研究重点之一。本文分析三维大规模无线传感器网络的特点，深入研究多维尺度分析（Multidimensional Scaling，MDS）技术，针对三维空间和三维表面定位问题进行了探讨，分别提出了两种基于多维尺度分析的三维定位算法。本文的主要贡献和创新为：（1）本文在研究已有三维空间定位算法的基础上，针对其技术局限性和不足，深入研究多维尺度分析技术，提出了一种三维空间非均匀网络中的分布式定位算法：D3D-MDS。该算法基于锚节点分簇，消除簇间多跳距离的存在，从而降低了计算复杂度。算法的初步仿真结果显示其性能受到锚节点分布位置的影响，因此本文在此基础上对锚节点的配置进行优化，改进和完善了D3D-MDS定位算法，结果表明：改进后的D3D-MDS定位算法精度提高了近30%，并保持较好的稳定性;当网络连通度超过22时，该算法较普通的3D-MDS-MAP算法性能有近40%的提升;此外，D3D-MDS定位算法对锚节点数量要求不高，有利于节约成本。（2）通过分析三维表面定位中的难点及解决思想，结合水下地形表面定位的实际问题，提出了一种基于MDS的水下三维表面定位算法，针对该算法设计制作了无线水深测量节点，并搭建实际系统平台具体实现。系统实验和仿真结果表明，该算法能够成功获得水下地形的三维表面信息，是一种具有实际价值的定位方法。（3）在D3D-MDS定位算法中，研究应用了一种新的三维坐标转换算法，有利于减少簇间坐标融合产生的误差，提高算法的定位精度。同时，本文对D3D-MDS定位算法基于非测距的定位方式进行了一定的探索分析。

关键词：无线传感器网络三维定位算法多维尺度分析三维表面