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基于Voronoi图的无需测距的无线传感器网络节点定位算法

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计算机研究与发展 2008年第1期45卷 119-125页

作者：王继春黄刘生徐宏力徐犇李善亮中国科学技术大学计算机科学与技术系合肥230027

将Voronoi图应用于无线传感器网络定位问题中,提出了VBLS(Voronoi diagrams based local-ization scheme)定位算法.它首先对接收到的anchor节点的接收信号强度(RSSI)从大到小进行排序,然后利用UDG图依次计算每个anchor节点的Voronoi区域... 详细信息

将Voronoi图应用于无线传感器网络定位问题中,提出了VBLS(Voronoi diagrams based local-ization scheme)定位算法.它首先对接收到的anchor节点的接收信号强度(RSSI)从大到小进行排序,然后利用UDG图依次计算每个anchor节点的Voronoi区域,最后将所有Voronoi区域交集的质心输出作为定位结果.通过仿真将VBLS和另外两种无需测距的定位算法(W-Centroid和Centroid)进行了比较.仿真结果表明,对于anchor节点随机摆放的情况,VBLS的定位误差比Centroid和W-Centroid分别降低了18%和13%;对于anchor节点均匀摆放的情况,VBLS的定位误差比Centroid降低了7%,比W-Centroid增加了2%.

关键词：节点定位无线传感器网络 Voronoi图接收信号强度无需测距

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基于估计距离的无需测距定位算法

东北大学学报（自然科学版） 2014年第7期35卷 921-925页

作者：孟颍辉闻英友陈剑赵宏东北大学信息科学与工程学院辽宁沈阳110819

针对无需测距定位算法定位误差大的问题,提出了一种基于估计距离的无需测距定位算法.首先分析了两个邻居节点之间距离和通信范围相交面积之间的关系,得到一个线性函数.线性函数的输出是一个表示两个邻居节点之间距离远近关系的参数,称... 详细信息

针对无需测距定位算法定位误差大的问题,提出了一种基于估计距离的无需测距定位算法.首先分析了两个邻居节点之间距离和通信范围相交面积之间的关系,得到一个线性函数.线性函数的输出是一个表示两个邻居节点之间距离远近关系的参数,称之为距离参数.然后用距离参数和锚节点之间的距离计算邻居节点之间的估计距离,最后根据估计距离计算未知节点的估计位置.仿真结果表明,该算法在规则区域和不规则区域的定位误差都要低于当前同类型的定位算法.

关键词：无需测距邻居节点线性函数距离参数锚节点

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无需测距的无线传感器网络节点定位算法研究

无需测距的无线传感器网络节点定位算法研究

作者：马刚昆明理工大学

学位级别：硕士

无线传感器网络是当前信息领域的研究热点,其涉及通信技术、嵌入式技术、传感器技术等多个学科。节点定位是无线传感器网络重要的核心支撑技术,很多具体的应用需要预先知道节点的位置。通常按照定位算法是否需要通过物理测量来获得节点... 详细信息

无线传感器网络是当前信息领域的研究热点,其涉及通信技术、嵌入式技术、传感器技术等多个学科。节点定位是无线传感器网络重要的核心支撑技术,很多具体的应用需要预先知道节点的位置。通常按照定位算法是否需要通过物理测量来获得节点之间的距离（或角度）信息,把节点定位算法分为基于测距的定位算法和无需测距的定位算法。由于无需测距定位算法实现简单、成本低,更适合于节点资源受限的无线传感器网络,所以无需测距的定位算法成为当前的研究热点,因此本文围绕DV-Hop和APIT两种无需测距的定位算法展开研究。首先,论文对无线传感器网络节点定位技术进行了概述,介绍了节点定位相关的概念术语及节点定位的基本原理,另外还介绍了定位算法性能的评价标准和几种经典的无需测距定位算法,并对它们的性能进行了分析。其次,对DV-Hop算法进行了深入研究和仿真分析,该算法对节点的硬件要求低,实现简单,但是其缺点是利用跳段距离代替直线距离,存在较大误差。为此,本文采用新的方法来计算平均每跳距离,使其更接近实际距离,并对估计坐标超出网络边界的节点进行坐标修正,MATLAB仿真表明,改进算法提高了定位精度。再次,本文对APIT定位算法进行了深入研究和仿真分析,仿真表明该算法定位覆盖率不高,算法执行后存在大量无法定位的节点。为此,本文在对APIT算法定位覆盖率低的原因深入分析的基础上,使用Min-max方法来对不符合APIT原理的未知节点进行定位。仿真实验表明,本文的改进算法在保证定位精度的前提下,相比原始算法定位覆盖率得到了明显提高。

关键词：无线传感器网络定位算法无需测距 DV-Hop APIT

基于加权Voronoi图的分布式无需测距节点定位算法

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计算机研究与发展 2010年第S2期47卷 77-80页

作者：刘书静罗海勇赵方周舟刘少帅北京邮电大学北京100876 中国科学院计算技术研究所北京100190

针对无线传感器网络定位的精度问题,提出一种基于加权Voroni图的无需测距的分布式定位算法(weighted Voronoi diagram based localization algorithm,WVL).对待定位节点接收到的来自锚节点的信号强度(RSSI)进行从大到小的顺序排序,并将... 详细信息

针对无线传感器网络定位的精度问题,提出一种基于加权Voroni图的无需测距的分布式定位算法(weighted Voronoi diagram based localization algorithm,WVL).对待定位节点接收到的来自锚节点的信号强度(RSSI)进行从大到小的顺序排序,并将这些一跳锚节点的权值赋值为相对应的RSSI值.利用节点的一跳邻居和二跳邻居表将集中式计算转换为分布式计算,分别计算锚节点的W-Voronoi图,求这些图的交集后再取交集的质心,即可得未知节点的位置参数.通过仿真对比基于W-Voronoi图和Voronoi图,以及加权质心定位算法,仿真结果证明基于W-Voronoi图的算法精度更高.

关键词：节点定位无线传感器网络加权Voronoi图无需测距

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基于几何原理的无需测距传感器节点定位

计算机工程与设计 2021年第10期42卷 2718-2724页

作者：赫佳星内蒙古科技大学信息工程学院内蒙古包头014010

对无线传感器网络中传感节点的定位问题进行研究,提出一种无需测距的定位方案。采用一个圆的弦的垂直平分线必过圆心的几何原理,利用移动锚点在感测区域中移动并周期性地广播信标消息,以确定有效的信标点和弦;在得到任意两条弦后,可以... 详细信息

对无线传感器网络中传感节点的定位问题进行研究,提出一种无需测距的定位方案。采用一个圆的弦的垂直平分线必过圆心的几何原理,利用移动锚点在感测区域中移动并周期性地广播信标消息,以确定有效的信标点和弦;在得到任意两条弦后,可以根据任意弦的垂直平分线必经过圆心来找到圆心,计算出传感器节点的位置;为提高定位方案的性能,提出一些改进措施。仿真结果表明,该定位方案具有较好的定位性能,在定位误差、定位执行时间和信标开销方面优于其它无需测距的定位方案。

关键词：无线传感器网络节点定位无需测距几何原理锚点信标广播定位性能

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WSNs中无需测距定位算法的研究

WSNs中无需测距定位算法的研究

作者：陈仙云杭州电子科技大学

学位级别：硕士

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)是由大量廉价且功耗较低的小型传感器节点组成的多跳自组织网络。这些传感器节点被随机部署在特定环境中,能够采集环境中的各种信息,并将其发送给远处的用户以实现不同的应用。节点定位... 详细信息

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)是由大量廉价且功耗较低的小型传感器节点组成的多跳自组织网络。这些传感器节点被随机部署在特定环境中,能够采集环境中的各种信息,并将其发送给远处的用户以实现不同的应用。节点定位技术是WSNs的关键技术之一,在许多应用中,脱离了位置信息的环境监测信息对于整个应用系统来说毫无意义。因此,WSNs中节点定位技术的研究显得颇为重要。论文首先整体介绍了WSNs的体系结构、特点、关键技术及应用;随后展开了WSNs中节点定位技术的研究,主要分两大类分析了几种典型的定位算法以及它们的优缺点、使用场景;最后重点对无需测距的LAEP(Localization algorithm using expected hop progress)算法进行了研究,主要取得了如下成果：论文分析了LAEP算法的定位模糊性问题,即相邻节点的定位位置十分相近。针对该问题,提出了邻居节点之间的“计算距离”和“伪测距距离”的概念,并给出了相应的计算方法,在此基础上设计出两种求精算法：基于辅助修正点的定位求精算法(RLAACP)和基于矢量的定位求精算法(RLAV)。RLAACP算法中节点先根据它与邻居节点间“计算距离”和“伪测距距离”的偏差得到辅助修正点的坐标,然后将所有辅助修正点所组成的多边形的质心作为求精后的位置;RLAV算法中节点利用它与邻居节点间“计算距离”与“伪测距距离”的差异构建位置校正矢量,然后以“计算距离”和“伪测距距离”偏差的平方和为目标函数,在位置校正矢量方向上找到使得目标函数值最小的点作为节点求精以后的位置。本文的两种算法都在LAEP算法的基础上,进一步利用了邻居节点之间的距离信息进行位置求精。最终的仿真结果表明,本文提出的算法能够在LAEP的基础上大大提高网络的定位精度。由于WSNs的能量受限,本文还对收敛速度较快的RLAV算法的能耗问题进行探讨。文中给出了相应的能耗模型,并对LAEP算法和RLAV算法的能耗进行对比分析;之后从减少能耗的角度出发,对RLAV算法进行改进;最终对改进后的RLAV算法进行仿真分析。仿真结果表明,改进的RLAV算法很好地权衡了定位精度和能耗,具有较高的实用价值。

关键词：无线传感器网络定位算法无需测距 LAEP 求精算法能耗

基于无需测距的无线传感器网络节点定位算法研究

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基于无需测距的无线传感器网络节点定位算法研究

作者：李峙华中师范大学

学位级别：硕士

随着无线通信、集成电路、传感器以及微机电系统等技术的飞速发展和日益成熟,低成本、低功耗、多功能的微型传感器的大量生产成为可能。这些传感器在微小体积内通常集成了信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。无线传感器网络就是... 详细信息

随着无线通信、集成电路、传感器以及微机电系统等技术的飞速发展和日益成熟,低成本、低功耗、多功能的微型传感器的大量生产成为可能。这些传感器在微小体积内通常集成了信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点通过无线通信形成的。由于其有着广阔的应用前景,同时很多相关的技术公司企业提供了一个很好的商业切入模式。因此,无线传感器网络的出现引起了全世界范围内的广泛关注。无线传感器网络的一个重要的功能就是能够在一定的空间和时间范围中,提供监测区域中的相关信息。在目前的一些无线传感器网络的应用中,例如目标跟踪和环境监测,都需要知道准确位置信息。事实上,在很多领域中,传感器节点位置信息的获取可以使传感器提供的信息价值显著提高。在目前的应用中,大部情况下布置的传感器节点是静态的,传感器节点位置信息可以在网络配置时测量,或者通过给每个节点配置全球定位系统(GPS)来获取。但是,考虑到网络成本和网络布置的局限性,这些方法是不可行的。因而,传感器节点定位算法成为目前研究的重点。在典型的传感器网络模型中,仅仅只有少部分的传感器节点可通过GPS或者其它技术可获取自身的位置信息,而剩余的大部分传感器节点需要通过定位算法去计算位置信息。目前应用于传感器网络的定位算法可以分为基于测距的和无需测距的定位算法。前者通过RSSI,TOA,TDOA等技术去测量相邻节点间的实际距离或方位来计算未知节点的位置,但是节点成本高,硬件复杂,同时测量效果又受环境因素的影响。而后者由于无需测距,能在一定定位精度条件下大大简化硬件设备,同时具有较好的能效性。本文讨论了无需测距定位算法中的几种典型算法的原理和特点,并对APIT算法和ROCRSSI算法进行仿真分析比较。提出了一种基于无需测距的分布式特点的无线传感器网络定位算法——多坐标系下的分布式定位算法。该算法是一种无需测距的分布式定位算法,传感器节点能在整个网络初始化的过程中估计出自身的大致位置。在该算法中,普通节点通过监听少数能提供地理位置信息的锚节点的广播信息,在多坐标系统下确定多个自身所处的大致区域,并将重叠区域的几何中心作为节点自定位的大致位置。该算法不需要专门用于测距的硬件设备,普通节点仅仅依靠周围锚节点广播信息就能估计出自身的位置。在此算法中普通节点间无需进行信息传递,因此能效性较好。仿真结果也表明,该算法具有较为理想的定位精度。

关键词：无线传感器网络节点定位无需测距多坐标系

无线传感器网络无需测距的高效定位算法的研究

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无线传感器网络无需测距的高效定位算法的研究

作者：董振中中国科学技术大学

学位级别：硕士

无线传感器网络一般是由数目众多的廉价传感器节点组成。这些传感器节点具有感知,计算和无线通信等能力。在许多无线传感器网络应用中,例如环境监测,灾难救援,地理路由等,传感器节点的位置信息十分重要。但是为每个传感器节点装置GPS接... 详细信息

无线传感器网络一般是由数目众多的廉价传感器节点组成。这些传感器节点具有感知,计算和无线通信等能力。在许多无线传感器网络应用中,例如环境监测,灾难救援,地理路由等,传感器节点的位置信息十分重要。但是为每个传感器节点装置GPS接收器的代价巨大,一般只为其中小部分的节点安置GPS接收器(这些节点称为锚节点),其他节点(称为未知节点)的位置开始时是不知道的,它们利用锚节点信息来估计自己的位置。因此传感器节点的定位问题在许多无线传感器网络应用中是一个非常重要的问题。已提出的定位算法大体可以分为基于测距的和无需测距的。尽管基于测距的定位算法的定位精度较好,但是这类定位算法需要传感器节点装置额外的硬件,费用过高。而无需测距的定位算法不需要额外的硬件条件,是解决定位问题的一个比较经济适用的方法。怎么克服无需测距的定位算法定位精度不高的缺点是本文的主要任务。如果传感节节点能得到更多有利于定位的信息,显然可以做到在已有算法的基础上提高定位的精度。但是更多有利信息的获取不应该是通过为传感器节点装置额外的硬件实现的,否者无需测距的定位算法将失去经济适用的特点。因此在不需要为传感器节点装置额外硬件的前提下,充分发掘现有硬件条件下能够获取到的信息并加以充分利用是本文研究的主要内容。同时传感器节点的能量是有限的,怎样减小定位算法的计算开销从而节省能量也是我们的研究内容。主要从以下几个方面展开了深入的研究,概括如下:第一,传统的定位算法要么利用一跳内锚节点的信息进行定位,这时由于一跳内的锚节点数目较少,定位的精度不好;要么利用整个传感器网络中锚节点的信息进行定位,但是为了获取整个网络锚节点的信息,算法的通信开销非常大,且受到不规则网络拓扑的影响较大。因此,在两跳邻居范围内收集锚节点信息是一个折衷的方法。第二,很多传统的定位算法并没有考虑到实际环境中通信模型的不规则带来的影响,即使有些算法描述了不规则通信模型给算法带来的影响,但是没有针对所带来的影响而专门改进或者扩展算法使之能更加适用于实际应用。第三,接收信号强度,作为一个现有硬件条件下能够轻易测得,但是在早前的无需测距的定位算法中没有被充分利用的信息,如果能够加以利用,必然能够提高现有算法的定位精度。本文在仔细研究了不规则通信模型下接收信号强度与距离之间的关系后,设计了一个更加精确的使用接收信号强度的算法。

关键词：无线传感器网络定位无需测距锚节点信号强度

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基于滤波方法的无需测距室内定位研究

基于滤波方法的无需测距室内定位研究

作者：王令则北京工业大学

学位级别：硕士

随着物联网、移动互联等新概念新技术的普及与发展,室内定位技术的特殊地位和重要性日益彰显。在商场、社区、医院等城市建筑的室内环境中,目标位置是不可或缺的语境信息。对于移动互联领域的实际应用而言,室内定位技术的精度性能决定... 详细信息

随着物联网、移动互联等新概念新技术的普及与发展,室内定位技术的特殊地位和重要性日益彰显。在商场、社区、医院等城市建筑的室内环境中,目标位置是不可或缺的语境信息。对于移动互联领域的实际应用而言,室内定位技术的精度性能决定着上层服务的质量。关于室内定位技术的研究对物联网、移动互联的发展起到了直接的推动作用。综上所述,研究室内定位技术具有重要的理论意义和应用价值。室内定位技术可以分为两类,基于测距的与无需测距的。基于测距的室内定位技术精度较高,但由于需要满足视距传播和特定设备等要求,因而不易于推广应用。无需测距的室内定位技术大多使用信号强度作为定位依据,但由于无线信号容易受到干扰,其精度性能不稳定。若能充分利用环境信息和移动目标的轨迹信息,则可以降低无需测距技术的室内定位误差。针对无需测距的室内定位问题,论文的主要工作和研究成果如下:1.基于多源信息感知的思想,论文定义了室内环境的多源信息模型,并使用典型的指纹匹配定位算法进行了验证。实验证明基于上述多源信息模型进行匹配定位可以较好地降低定位误差。2.鉴于室内定位目标的移动轨迹所具有的连续性特征,论文研究了滤波方法应用在室内移动追踪中的关键问题,系统归纳并提出了状态转移模型的设计方法。基于仿真实验针对移动追踪问题优化了噪声模型的设计方案。3.在上述研究的基础上,论文设计并构建了适用于室内移动目标追踪的原型系统。该系统采用多源信息模型并以轨迹信息作为贝叶斯条件进行滤波,实现了室内移动目标的追踪。通过真实场景中的移动目标追踪实验证明,相比无滤波的原型系统,该系统进一步降低了定位误差。

关键词：室内定位无需测距指纹匹配滤波算法