基于无线传感器网络的三维空间定位算法研究

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无线传感器网络作为新兴物联网技术之一，是当前IT界研究的热点。无。线。传。感。器。网。络。是。大。量。的具。有。无。线。通。信。与。计。算。能。力。的。传。感。器。以。自。组。织。和。多。跳。的。方。式。构。成。的。无。线。网。络。，。部。署。在。监。控。测。量。区。域。，。其。目。的。是。感。知。、。采。集。、。处。理。和。传。输。网。络。覆。盖。地。理。区。域。内。感。知。对。象。的。监。测。信。息。。它在环境监测、灾难救助、目标跟踪、医疗监护等领域都有广泛的应用前景。而 ZigBee 技术作为实现无线传感器网络的一种方式，已经逐渐展现出其在无线传感器网络中的良好应用前景。
　　在无线传感器网络中，定位是人们很感兴趣的一个领域。将节点的位置信息采集后，通过无线方式传输给协调器节点，是定位的基本要求，而由于无线传感器网络节点存在的一些限制，会引起定位的误差，导致对位置信息判断失误。因此对定位算法的研究就显得很有必要。
　　目前较为成熟的定位算法，有非基于测距和基于测距的两类。其中基于测距的RSSI、TOA、TDOA、AOA算法研究较多。但是这些算法都是针对二维平面的。针对三维空间的算法研究刚刚起步。
　　本文首先对二维算法进行了研究。在对二维算法有深入研究的基础上，试图将其扩展到三维空间中。首先提出了三维空间中几何模型的搭建，为三维定位算法的提出建立一个理想的几何模型。该几何模型较适用于室内空间定位。接着在几何模型的基础上，根据二维空间距离坐标公式，推算出三维空间的距离坐标公式，并对公式进行整理，变成矩阵形式，成为有利于仿真计算的形式。然后结合RSSI定位算法，将距离和RSSI值之间建立联系，利用 RSSI 值进行计算。再结合包围盒定位算法，对结果进行修正。用两种算法结合的方式得到最后的结果。通过仿真实验表明，该定位算法较单一的 RSSI 值定位算法有所改进，随着参与定位节点的数量增加，定位的准确性也有所提升。同时证明二维定位算法在三维定位中是可行的。
　　最后本文对提出的该算法进行了实现。利用目前最先进可以实现ZigBee技术的CC2530芯片，在 Z-stack 协议栈的基础上进行模型的实现。对 RSSI 值的计算、通讯过程以及定位效果做了实验，实验证明这种算法在实际中是可行的，且能够提高定位的精度。但是在边缘点的定位能力上还有待提升。

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作者
何敏;
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作者单位

河北工业大学;

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授予单位河北工业大学;
学科计算机应用技术
授予学位硕士
导师姓名顾军华;
年度 2012
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类自动化技术及设备;计算技术、计算机技术;
关键词
无线传感器网络; Z igBee; 三维定位; RSSI;

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