基于粒子群算法的WSN节点自定位【文献综述】.doc

1、毕业设计文献综述 电子信息工程 基于粒子群算法的 WSN 节点自定位 前 言 关于 WSN 网络及 WSN 节点定位基础知识，我从网上下载的各种有关 WSN 网络介绍的文章里找到了很多。比如 周文豪 的论文 无线传感网络与物联网发展关系辨析 一文中就详细地介绍了 WSN 节点的发展历史、特点、应用等。 耿佳 的 无线传感网络技术与未来发展趋势 则偏重于介绍 WSN 网络的优点。关描述 WSN 网络可能在各实际方面的应用。并提出了一些关 WSN 网络在实用过程中可能出现的难题。关拟提出一些解决方法。 段渭军、王建刚、王福豹的无线传感器网络节点定 位系统一文中则详细介绍了各种流行的 WSN 网络节

2、点的定位方法，对比了各种定位方法的优、缺点，并提到了其在各种不同问题中的应用。以下是我从各文献中提练出来的一些关于 WSM 网络的知识点。 WSN 是由大量的微型传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自主组织网络系统， 其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者 ，其在 军事、航空、反恐、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域 都很有发展前景。 并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革 。 当前，无线传 感器网络项目在全世界广泛开展，在各种工程领域中得到了广泛深入的应用。 而 无线传感器网络节点定位问题的研究 在 W

3、SN 的发展中具有 重要的意义。如果无法获取位置信息，就无法对事件进行感知和监测，也就失去了 WSN 的 实际应用价值。 目前比较流行的 WSN 网络节点定位算法可以分为基于距离的定位算法和与距离无关的定位算法。不基于距离的定位算法无需额外的硬件支持 ,使用成本低 , 但定位精度不高 ,不能满足一些较精确场合的使用。基于距离的定位算法包括两个步骤，测距和定位计算。常用的基于距离的定位技术有 TOA， RSSI, AOA, TDOA。节点定位计算方法有 : 三边定位算法 , 三角测量法及其改进 Bounding box 算法和最小二乘估计定位算法等。三角测量法所使用的 AOA 测距技术容易受外界

4、环境影响。以至节点间测距存在误差 , 而三边定位算法在实际应用中定位精度不高。为了提高定位精度 , 一般使用最小二乘估计定位算法 ,但定位精度仍然不能尽如人意。 本课题基于 WSN 节点自定位问题提出了基于粒子群算法 WSN 节点定位的优化算法。能更方便、准确地实现 WSN 节点的自定位。 粒子群优化算法具有以下主要优点： (1) 易于实现； (2) 便于描述； (3)需要 调整的参数很少； (4)收敛时需要评估函数的次数少； (5)使用于规模较少的群体； (6)收敛速度快，粒子群算法被证明是解决许多定位问题的有效方法。本文主要结合现阶段的研究运用粒子群优化算法进行 WSN 节点的自定位。 1

5、.硬件设施 关于 WSN网络是由 WSN节点构成的， 孙利民、李建中、陈渝等人编写的无线传感器网络中了解到。 应用和监测物理信号的不同决定了 WSN节点的类型，从而节点的功能和性能也不尽相同。 WSN网络节点一般由传感器模块、处理器模块、无线通讯模块和能量供应模块 4个模块单元组成。传感器模块负责监测区域内 信息的采集和数据转换；处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他 WSN节点发来的数据；无线通信模块负责与其他 WSN节点进行无线通信，交换控制信息和收发采集数据；能量供应模块为 WSN节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池。 WSN节点在 WSN网络中可以

6、作为数据采集者或数据中转站。 WSN 节点的组成 (1) 处理单元：负责控制整个 WSN节点的操作，存储和处理传感单元采集的数据以及其它WSN节点发来的数据。由嵌入式系统构成，包括 CPU、存储器、输入输出接口及嵌入式操作系统等。 (2) 传感单元：负责 监测区域内信息的采集和数据的预处理，由传感器和模数转换功能模块或数字信号处理模块组成。 (3) 通信单元：用来交换控制消息和收发采集数据，由无线通信模块组成。可以与其他 WSN节点进行无线通信。 (4) 能量供应单元：提供 WSN节点运行所需的能量。 2.程序编写 要想正确解析所需要的定位数据就需要正确的编写程序。对程序的整体构思及编程思路，

7、主要通过参考高禹、冯相忠编写 的 C 语言程序设计（第二版）和王洪元 MATLAB语言及其在电子信息工程中的应用，两本书中分别对 C 语言编程以及对 MATLAB 语言过程进行了全面的介绍， MATLAB 语言及其在电子信息工程中的应用一书中也详细地介绍了 MATLAB 的仿真运行使在设计时储备充分的编程及设计思路参考资料，使编程的效率更高。 关于程序设计的总体思想和 WSN 节点定位发展的现状。我主要参考了王福豹、史龙、任丰原的论文无线传感器网络中的自身定位系统和算法包志华、周晖、邵世煌等人的论文基于矢量和粒子群优化的传感器网络节点定位这些论文中，作者都对 WSN 节点的定位问题提出了自己的

8、观点。其中介绍了许多关于 WSN 节点定位的方法，对我个人形成本次毕业设计思路有很好的指导作用。 程序部分主体包括三 大部分：一是对粒子群的初始化，对节点的初始速度，初始位置进行初始化。并设定锚节点的位置。二是对粒子群位置、速度更新的程序，根据粒子群位置、速度迭代公式，对其适应度进行比对。然后更新粒子位置、速度。第三个程度是把以上两个程序结合起来的总程序。 通过查阅大量的文献资料以及归纳总结，本人尽量使系统的设计从准确性、有效性进行设计。 与此同时，通过从各个渠道搜集文献资料的，熟悉了专业文献资料查找和资料积累方法 ， 提高了对文献资料的归纳、分析、综合运用能力，提高了独立工作能力和科研能力，

9、并为科研活动奠定扎实的基础。 参 考文献 1丁海斌、曾鹏、梁韦，华智能无线传感器网络系统 M.北京 :科学出版社 ,2006. 2王福豹、史龙、任丰原，无线传感器网络中的自身定位系统和算法【 J】软件学报， 2005， 16(5)： 45 9 3孙利民、李建中、陈渝等，无线传感器网络 MI北京：清华大学出版社， 2005 4徐云剑，彭沛夫，郭艾寅，等基于蚁群算法的 WSN 移动信标路径获取研究们计算机工程与应用， 2008， 44(28)： 109 一 112 5包志华、周晖、邵世煌等，基于矢量和粒子群优化的传感器网络节点定位 计算机应用， 2009， 29(1)： 309 311 6唐锼、郭

10、庆、彭保一种基于优化 TDOA 的无线传感网络定位算法叽计算机工程与应用， 2008， 44(25)： 98 99 7郭永红、万江文、于宁、等基于跳数的无线传感器网络定位求精算法 J计算机工程 2009， 35(3)： 145 147 8彭泳、程时端一种自适应无线局域网协议田软件学报， 2004， 15(4)： 604 615 9段渭军、王建刚、王福豹 .无线传感器网络节点定位系统 与算法的研究和发展 J.信息与控制 ,2006,35(2):2392 245. 10陆克中、王汝传、帅小应保持粒子活性的改进粒子群优化算法 J计算韧工程与应用， 200r7， 43(11)： 35 38 11贺远华

11、、黎洪生、胡冰 .HE Yuan-hua.LI Hong-sheng.HU Bing 无线传感器网络分布式节点定位算法研究微计算机信息， 2009,25(22) 12包志华、周晖、邵世煌基于矢量和粒子群优化的传感器网络节点定位，2009(01) 13 Zhao Feng, Guibas L J. Wireless Sensor Networks: An Information Processing Approach M. Amsterdam (Netherlands):Morgan Kaufmann Publishers,2004. 14耿佳 .无线传感网络技术与未来发展趋势 J.中国科技博览

12、 ,2009(13):298. 15周文豪 .无线传感网络与物联网发展关系辨析 J.中国电子商情 (RFID 技术与应用 ),2009(05):7-8. 16Callaway E H J. Wireless Sensor Networks: Architectures and Protocols M. Boca Raton (FL, USA): CRC Press,2003. 17Raghavendra C S,Sivalingam K M, Znati T. Wireless Sensor Networks M. Boston (MA, USA):Kluwer Acadenic Publishers, 2004.