无线传感器网络定位方法及应用

目 录 第1章 无线传感器网络概述 1 1.1 无线传感器网络现状 1 1.1.1 基本概念及特点 1 1.1.2 研究现状 2 1.1.3 应用领域 4 1.1.4 热点问题 6 1.2 无线传感器网络定位技术现状 8 1.2.1 背景及意义 8 1.2.2 研究现状 8 1.3 定位技术中的重要概念 9 1.3.1 网络结构 9 1.3.2 网络分类 11 1.3.3 基本术语 12 1.4 定位技术中的关键问题 13 1.4.1 定位技术分类 13 1.4.2 关键指标 14 1.4.3 研究难点 15 1.5 本章小结 16 第2章 无线传感器网络距离测量与估计 17 2.1 无线传输信号 17 2.1.1 无线通信技术概述 17 2.1.2 近程无线技术 18 2.1.3 中远程无线技术 22 2.1.4 无线通信技术的发展趋势 26 2.2 基于测距的无线传感器网络定位方法与位置估计 27 2.2.1 节点定位方法 27 2.2.2 节点位置估计算法 31 2.3 基于非测距的无线传感器网络定位算法 33 2.3.1 节点定位算法 33 2.3.2 现有算法存在的问题 35 2.4 本章小结 36 第3章 静态无线传感器网络定位方法 37 3.1 引言 37 3.2 基于多维定标的定位方法 38 3.2.1 系统模型 38 3.2.2 MDS-MAP算法 39 3.2.3 存在的问题及分析 40 3.3 基于跳数量化的多维定标定位方法 41 3.3.1 邻域划分的跳数量化 41 3.3.2 MDS-HE算法实现 43 3.3.3 仿真结果及分析 45 3.4 基于Voronoi图的定位方法 47 3.4.1 基于Voronoi图的经典定位算法及存在的问题 48 3.4.2 几何约束辅助的Voronoi图定位算法 49 3.4.3 基于VBLS的优化区域选择算法 61 3.5 基于Delaunay三角剖分的定位方法 65 3.5.1 Delaunay三角剖分 66 3.5.2 DBLS定位算法描述 67 3.5.3 噪声存在情况下的定位研究 68 3.5.4 仿真及结果分析 68 3.6 基于智能计算的节点定位方法 70 3.6.1 基于核函数极限学习机的节点定位算法研究 70 3.6.2 基于蝙蝠算法的节点定位算法研究 77 3.7 凹凸复杂地形特征无线传感器网络定位方法 85 3.7.1 凹凸复杂地形的三维建模 85 3.7.2 凹凸复杂地形定位的误差分析 86 3.7.3 凹凸复杂地形定位的可行性分析 88 3.7.4 分布式三角剖分算法的分析 90 3.7.5 基于分布式三角剖分的三维定位算法 93 3.7.6 仿真及结果分析 95 3.8 本章小结 98 第4章 移动无线传感器网络定位方法 99 4.1 移动无线传感器网络概述 99 4.1.1 基本概念 99 4.1.2 研究现状 100 4.2 蒙特卡罗定位方法 101 4.2.1 经典蒙特卡罗定位 101 4.2.2 蒙特卡罗盒定位 103 4.2.3 算法优劣 105 4.3 移动基线式定位方法 105 4.3.1 经典移动基线定位算法 105 4.3.2 二阶移动基线定位算法 108 4.3.3 仿真结果及分析 113 4.4 基于移动基线的蒙特卡罗定位方法研究 116 4.4.1 基于一阶移动基线的蒙特卡罗定位 117 4.4.2 基于二阶移动基线的蒙特卡罗定位 127 4.4.3 仿真结果及分析 133 4.5 *优区域选择的Voronoi图定位方法 136 4.5.1 基于Voronoi图的蒙特卡罗定位算法 136 4.5.2 ORSS-VMCL算法 137 4.5.3 误差估计 138 4.5.4 动态区域选择 139 4.5.5 仿真结果及分析 140 4.6 本章小结 143 第5章 移动锚节点的路径规划及定位 144 5.1 引言 144 5.2 基于遗传算法的可移动锚节点的路径规划 144 5.2.1 遗传算法的原理概述 144 5.2.2 基于遗传算法的可移动锚节点路径规划算法 145 5.2.3 算法仿真及分析 147 5.3 基于蚁群算法的可移动锚节点的路径规划 150 5.3.1 蚁群算法的原理概述 150 5.3.2 基于蚁群算法的可移动锚节点的路径规划 150 5.3.3 算法分析及仿真 151 5.4 基于贪婪算法的可移动锚节点的路径规划 155 5.4.1 贪婪算法的原理概述 155 5.4.2 基于贪婪算法的可移动锚节点的路径规划 156 5.4.3 算法分析及仿真 157 5.5 基于距离约束的移动锚节点网络定位技术研究 161 5.5.1 基于Cayley-Menger的优化数学模型 162 5.5.2 基于距离约束的锚节点可移动定位算法 168 5.5.3 仿真模型及分析 173 5.6 本章小结 176 第6章 空洞地形下的无线传感器网络定位 177 6.1 引言 177 6.2 空洞边界探寻算法 178 6.2.1 算法原理 178 6.2.2 实施过程 179 6.3 空洞地形特征的距离估计优化方法 183 6.3.1 空洞特征分类 183 6.3.2 空洞距离优化算法 184 6.4 网络空洞下锚节点移动辅助定位技术 189 6.4.1 锚节点移动辅助定位算法 189 6.4.2 MAA-DL定位算法步骤 190 6.4.3 MAA-DL算法性能分析 193 6.5 基于多维定标的辅助圆形空洞节点定位 201 6.5.1 辅助圆形空洞节点定位算法 201 6.5.2 MDS-ACHL节点定位算法步骤 202 6.5.3 MDS-ACHL节点定位算法性能分析 202 6.6 基于启发式多维定标的节点定位算法研究 208 6.6.1 启发式节点定位算法原理 208 6.6.2 HMDS节点定位算法步骤 210 6.6.3 HMDS节点算法性能分析 211 6.7 基于多维定标的移动节点定位算法研究 217 6.7.1 移动节点定位算法原理 218 6.7.2 坐标转换中锚节点的选择 219 6.7.3 MDS-MN节点定位算法步骤 220 6.7.4 MDS-MN节点定位算法性能分析 220 6.8 本章小结 224 第7章 无线传感器网络通信及硬件开发 225 7.1 引言 225 7.2 CC2530节点实验 225 7.2.1 ZigBee无线网络节点通信 225 7.2.2 CC2530传感器节点硬件实现的关键技术 230 7.2.3 系统测试及分析 231 7.3 IRIS节点实验 234 7.3.1 Tiny OS与nesC语言分析 234 7.3.2 无线传感器网络硬件平台设计 238 7.3.3 系统测试实验 242 7.4 本章小结 247 第8章 无线传感器网络定位系统软件开发 248 8.1 引言 248 8.2 系统开发平台及运行环境 248 8.2.1 系统开发环境 248 8.2.2 Qt开发 248 8.3 系统整体设计 249 8.3.1 系统整体结构 249 8.3.2 软件框架设计 250 8.4 定位方法的应用实践 251 8.5 本章小结 259