基于rssi的wsn定位算法優(yōu)化及定位系統(tǒng)的實現(xiàn)

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1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第1章緒論1.1課題背景及研究目的和意義1.1.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetworks，WSN）將監(jiān)測區(qū)域內(nèi)數(shù)量眾多的傳感器節(jié)點按照自組織的方式構(gòu)成，動態(tài)的協(xié)同感知監(jiān)測對象，節(jié)點間通[1]過無線通信技術(shù)以單跳或者多跳交換信息，是一種將感知、采集、處理和傳[2]輸信息集于一身的無線網(wǎng)絡(luò)。一方面給用戶提供在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)感知和采集到的監(jiān)測對象的實時信息，另一方面，可根據(jù)用戶指令對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行控制。[3]WSN起源于冷戰(zhàn)時期美國軍方為了監(jiān)視敵方艦艇的研究項目。眾所周知，無線傳感器技術(shù)的發(fā)展，得益

2、于集成電路技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)、片上系統(tǒng)、傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及各個學(xué)科領(lǐng)域交叉合作。近年來，WSN良好的靈活性、容錯性、抗毀性、動態(tài)拓?fù)?、低能耗的特點，以及隨著技術(shù)水平提高，WSN成本逐步降低，使其在眾多新型網(wǎng)絡(luò)中脫穎而出，應(yīng)用于軍事國防和日常生活都成為可能，得到各國政府、公司和研究機(jī)構(gòu)的高[4]度重視和大力投入，廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，如表1-1所示。不愧被美國權(quán)威[5]期刊評為“對人類生活生產(chǎn)影響深遠(yuǎn)的新興技術(shù)”和“未來將掀起產(chǎn)業(yè)浪潮[6]的高新技術(shù)”，美國橡樹嶺國家實驗室甚至斷言：“IT時代正從‘計算機(jī)即[7]網(wǎng)絡(luò)’轉(zhuǎn)變?yōu)椤畟鞲衅骷淳W(wǎng)絡(luò)’

3、”。表1-1WSN主要應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用場合國防軍事獲取情報、跟蹤目標(biāo)、裝備管理環(huán)境監(jiān)測森林火災(zāi)、洪水監(jiān)測；土壤濕度監(jiān)控工業(yè)生產(chǎn)自動化生產(chǎn)、倉庫管理醫(yī)療衛(wèi)生藥物管理、遠(yuǎn)程服務(wù)日常生活智能家居、空間探索地下、宇宙探索其他方面商店人流控制、交通管理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-1，傳感器節(jié)點（SensorNode）、網(wǎng)關(guān)—[8]匯聚節(jié)點（SinkNode）、用戶端—任務(wù)管理節(jié)點（ManagerNode）。監(jiān)測區(qū)[9]域內(nèi)，傳感器節(jié)點自組織形成網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)多跳通信將檢測數(shù)據(jù)傳送到匯聚節(jié)點，[10]通過互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星或者移動通信網(wǎng)絡(luò)送到任務(wù)管理節(jié)點。一般來說，傳感-1-哈爾濱工業(yè)

4、大學(xué)工程碩士學(xué)位論文器節(jié)點處理能力較弱，是一個微型嵌入式系統(tǒng)，具有終端和路由器的功能；匯[11][12]聚節(jié)點處理、通信能力較強(qiáng)，連接傳感器網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換。GPRS/Internet/衛(wèi)星CDA匯聚節(jié)點BE傳感器節(jié)點任務(wù)管理節(jié)點監(jiān)測區(qū)域圖1-1WSN系統(tǒng)組成傳感器節(jié)點主要由數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸以及電源四個模塊構(gòu)成，還可以附加其他系統(tǒng)，例如節(jié)點定位系統(tǒng)和移動系統(tǒng)等，如圖1-2。節(jié)點定位系統(tǒng)移動系統(tǒng)處理器傳感器AD轉(zhuǎn)換器存儲器射頻收發(fā)器數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)處理模塊數(shù)據(jù)通信模塊電源及管理電路圖1-2WSN節(jié)點結(jié)構(gòu)WSN受到各界的青睞正是因為它與眾不同的特性

5、：WSN將感知、處理和傳輸融為一體，同時實現(xiàn)集成化和微型化；節(jié)點眾多，具有較高容錯性；網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點地位平等，可隨時加入或離開，無控制中心，既靈活又有較強(qiáng)的抗毀性；動態(tài)拓?fù)?；網(wǎng)絡(luò)布置不依賴其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，快速獨立建立網(wǎng)絡(luò)；采用多跳傳輸，每個節(jié)點既能接收信息也能轉(zhuǎn)發(fā)信息。但另外一些劣勢也是我們研究中應(yīng)該盡量克服的，如硬件資源有限、電源有限等。-2-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文1.1.2研究目的和意義可以說WSN大多數(shù)應(yīng)用都依賴于傳感器節(jié)點的位置信息，即獲取到的數(shù)據(jù)如果沒有對應(yīng)的位置信息則沒有任何意義。節(jié)點只有明確自身位置，才能與其他節(jié)點協(xié)作處理、傳遞信息，讓用戶更

6、好的了解了在什么位置或區(qū)域發(fā)生了什么特定事件，從而用戶可以及時采取有效的措施和控制。另外，傳感器節(jié)點位置信息還能夠提高路由效率，對實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡調(diào)節(jié)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥耘渲闷鸬疥P(guān)鍵性作用。實時、精確的定位技術(shù)成為WSN發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和瓶頸。定[13]位，即位置感測，主要包括兩層含義：節(jié)點自我定位與移動目標(biāo)定位跟蹤。前者是屬于網(wǎng)絡(luò)中間件的技術(shù)研究范疇，為網(wǎng)絡(luò)的路由層和應(yīng)用層提供節(jié)點位置信息的服務(wù)；后者屬于WSN應(yīng)用層的技術(shù)研究范疇，以節(jié)點定位為基礎(chǔ)，利用協(xié)同信號處理，實現(xiàn)運(yùn)動目標(biāo)的定位跟蹤。目前已經(jīng)被廣泛使用的定位技術(shù)主要有全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioni

7、ng[14]System,GPS）和GSM、CDMA蜂窩無線通信網(wǎng)定位系統(tǒng)。前者依靠24顆人造衛(wèi)星和地面站組成全球無線導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，提供全球、全天候、三維實時的高精度、強(qiáng)抗干擾能力的定位服務(wù)；后者根據(jù)用戶在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所處的小區(qū)或基站，標(biāo)識移動終端位置，精度取決于小區(qū)的大小。但這兩種技術(shù)不能直接用于WSN。因為這兩種技術(shù)接收機(jī)體積大、功耗大，不滿足WSN節(jié)點微型化、低功耗的特點；成本高，不能在WSN數(shù)量龐大的節(jié)點上實現(xiàn)；某些場合易被摧毀，如戰(zhàn)場。除此之外，日益增長的室內(nèi)定位需求，諸如醫(yī)院門診、會展中心、辦公樓、機(jī)場大廳、倉庫等大型公共場所對于人、設(shè)備等高精度的定位

8、，可以提高空間的高效管理和安全防護(hù)的質(zhì)