论文部分内容阅读
无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是新型的分布式计算系统和信息获取模式，WSN由大量部署在感知区域内的小型化、低功耗的传感器节点组成，以自组织多跳的方式进行路由，能对网络覆盖区域内的物理世界信息进行感知、采集、处理和传输，并能根据环境需求自主完成指定任务。复杂网络是近年来一门新兴学科，小世界效应在复杂社会网络中广为存在，具有优良的特性。本文针对异构传感器网络的小世界定位算法中存在的问题，首先对WSN在实际工程应用中的异构特性、体系结构以及定位问题进行了深入分析和研究；在此基础上针对桥梁结构健康监测中边缘不良节点的结构及其特征，设计适合桥梁结构的定位算法，建立面向桥梁结构健康监测的WSN的CMDS-MAP模型和IDV-hop定位策略；同时，对属于空间图的WSN小世界效应的产生机理进行了详细分析，设计了新型的小世界定位算法。本文的主要研究成果如下：（1）提出了一种面向桥梁结构健康监测的WSN的CMDS-MAP定位模型针对WSN低成本、大规模、低功耗特性，以及经典多维标度的MDS-MAP算法在边缘不良节点方面的定位不足；利用微积分的思想，提出了一种基于微积分和经典多维标度的定位算法，提高边缘不良节点和亚孤立节点的定位精度。仿真结果表明，该算法明显提高了规则二维平面方形结构环境的定位精度，并且对于二维桥面结构环境也具有较好的定位性能。（2）提出了一种面向WSN的IDV-hop定位模型。Dv-hop定位算法具有操作简单、计算复杂度低，实用性强等优点。针对传统Dv-hop的定位精度缺陷，提出了一种基于Dv-hop的迭代型改进算法。该算法使用RSSI模型测量一跳范围内的节点得到实际距离，两跳范围内的节点通过迭代计算进行测距。理论分析和实验结果表明，IDV-hop改进型算法在恶劣的感知和监测环境下，拥有更高的定位精度和稳定性。（3）提出了一种异构传感器网络的SWLS定位模型。针对大规模WSN的定位不足，设计了一种基于多维标度和小世界特征的改进型SWLS定位模型。理论分析和实验结果表明，仅仅通过在网络中增加少量可靠的链路，网络不仅具有低平均路径长度和高聚类系数优良特征的小世界效应，同时还能具备优良的定位性能。