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无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN)是近年来无线通信与计算机网络领域的一个研究热点。无线传感器网络具有节点大规模密集部署、能量供给与节点资源有限、网络拓扑动态变化等特点,学术界对无线传感器网络的各种相关技术展开了丰富的研究。协议栈软件作为无线传感器网络的基础与核心,保证了网络中节点之间的正常通信,然而关于无线传感器网络协议栈软件的研究相对缺乏,本文正是在此背景下,对无线传感器网络协议栈及其软件实现进行了研究,重点研究了网络层的功能服务及其实现,同时,以协议栈软件为基础,本文以无线传感器网络的关键技术之一定位技术为重心,深入研究了无线传感器网络的定位技术与方案。
论文首先对基于Zigbee标准的无线传感器网络协议栈进行了简要介绍,并且概述了无线传感器网络中的节点定位问题及其基本原理。
其次,本文研究了无线传感器网络协议栈的软件实现。主要从无线传感器网络协议栈的核心层网络层进行研究,对网络层的基础服务和管理功能如数据服务、网络建立、地址分配以及路由功能进行了详细的分析,网络层的功能与服务是定位方案及其他应用的基础,为无线传感器网络的应用与服务提供支持。在对网络层相关技术进行研究的基础之上,分析了无线传感器网络协议栈软件的实现机制,介绍了协议栈软件实现的硬件平台与软件环境,并详述了网络层各项功能服务的实现方法与代码。
然后,本文在研究无线传感器网络协议栈的基础之上,对无线传感器网络关键技术之一的定位技术进行了深入的研究,介绍了多种现有常见技术方案,并分析其优缺点。基于现有硬件平台的资源有限的考虑,对基于RSSI测距的定位算法进行了详细的讨论,指出了现有算法的缺陷,并提出了一种基于RSSI测距的无线传感器网络定位算法,该算法将定位区域分为训练区与定位区两个区域,在训练区内完成RSSI测距模型的训练,在定位区内完成实际定位过程,同时,节点在定位开始前,依据本文提出的基于性能评价模型的参数确定机制确定定位参数,增强定位的自适应性。仿真表明,本文提出的算法较原有算法,能够有效减小由设备与环境差异性所引入的定位误差,同时增强节点在定位过程中的自适应性。
最后,本文研究了无线传感器网络节点定位的性能评价模型问题。在现有对无线传感器网络定位技术的研究中,缺乏对于节点定位性能评价模型的研究,然而,节点定位存在多种性能评价指标,如何综合客观的评价节点定位的性能,是一个亟待解决的问题。本文基于模糊数学理论,建立了节点定位问题中的性能评价模型,该性能评价模型既能用于不同定位算法之间的性能评价,亦能用于节点自身定位过程中的性能评价,同时,在此基础上,提出了一种基于性能评价模型的参数确定机制,使得节点在定位过程中能够获得定位的最优性能。