本科毕业设计(论文)开题报告(含论文综述)

本科毕业设计(论文)开题报告（含文献综述）学院：信息科学与工程学院所属教研室：通信教研室课题名称：基于测距的无线传感器网络节点定位算法的研究专业(方向)：通信工程班级：12-1学号：3120731123学生：邓华龙指导教师：刘伟、李新职称：未评定、副教授开题日期：2016.3.5一、毕业设计（论文）选题的目的和意义。[⑴题目名称；⑵有关的选题的背景和发展情况分析；⑶前人在本选题领域中的工作成果简述]（1）课题：基于测距的无线传感器网络节点定位算法的研究（2）选题背景及发展情况：随着微机电技术以及数字芯片、无线通信技术的发展，设计小巧、低成本、低功耗的传感器节点成为可能，这些传感器节点可以在不同的环境中部署，适应不同的用途。无线传感网络在自身的路由选择或者一些应用，如对特定区域的温度、压力进行监测等需要知道自身的位置信息，所以定位是无线传感器网络应用的基础和关键技术之一。在一些信道不好的环境中，测量误差较大，无线传感器网络可以通过协作定位来提高精确度，其协作定位特点在这些应用中有很大的发展空间。例如在商业应用中的定位追踪仓库中货物的需要，在工厂有定位材料和设备的需要，在家中有护理老人的需要，在医院有定位医疗设备的需要，在住宅有定位日常物品的需要。在公共安全和军事领域，室内定位系统需要追踪监狱中的犯人，需要引导警察，消防队员和士兵完成他们在建筑物内的任务。综上所述，节点定位在无线传感器网络的应用中扮演了一个非常重要的角色。通过移动无线电对目标进行定位技术起源于第二次世界大战期间，当时是为了满足紧急情况下士兵对定位的要求。二十年后，在越南战争期间，美国国防部发射了一系列用于全球定位系统（GPS）卫星。后来GPS逐渐开放民用，但是GPS的定位受障碍物和多径效应影响较大，在城市和室内定位精度较低。1996年，美国联邦通信委员会（FCC）规定，无线运营服务服务商必须提供紧急情况下移动手机定位服务。紧急服务在美国称为E-911,之后出现了工作在ISM频段的无线局域网，在该产业中，FCC强制将E-911服务上升为无限地理定位的工业标准。随后，各种定位技术都在发展，以满足E-91手册规定，这些技术有GPS辅助定位技术、基于时间到达的定位技术（TOA），基于到达角度的定位技术（AOA），基于接收信号强度的定位技术。90年代末，与E-911技术几乎同时出现的室内精确定位系统开始独立发展，该技术受室内定位传感的各种商业应用，公共安全，军事需求的前景所激发，发展很快。最近，传感定位在无线网络中得到了应用，例如基于位置切换、基于位置的ad-hoc网络路由、基于位置的授信和安全机制。这些需求和应用促进了对传播环境的建模、评估有不同传感技术的定位精度等研发的兴趣，此外，还促进了传统定位技术在系统中的发展。最终，测距和定位技术自身的发展使得它们可以整合到无线传感器网络中。（3）前人的工作成果：在不同环境下采用射频定位的传感器节点可用RSSI,AOA,POA(到达相位)，TOA等多种测距技术，节点所部署的环境将会影响每种技术的精度和性能。在室外环境中，这些测距技术性能都较好，都有较高的精度。然而，当无线通信介质变得复杂时，例如在高楼密布的都市和室内环境中，信道会有非常严重的多径效应和阴影衰落，这种现象会影响节点对间测距估计的精度和性能。可以预见，许多无线传感网络将会在崎岖不平的地带和杂乱的环境中应用。了解这种环境下信道对测距定位的影响有非常重要的意义。由于在室内和城市区域使用POA和AOA技术测距不现实，所以我们主要关注TOA,RSSI两种实用的测距技术。这两种技术一直是无线网络中传统的测距技术，在无线传感器网络中有很大的发展潜力。TOA测距技术适合于精度要求较高的室内定位，它只需要很少的参考节点，并且不需要事先训练，但是该技术硬件比较复杂，测距精度受多径效应和系统宽带的影响较大，一直在GPS、PinPoint、WearNet、IEEE802.15.3等协议中使用。基于RSSI的测距技术，使用较简单，但对于多径效应和系统带宽较敏感，他不需要同步措施就可以在任何已知的无线系统中使用。如果要提高RSSI测距的精度，需要较多的锚节点或者参考节点，需要事先通过实验得到信道参数，还需要复杂的计算，该技术已经在Ekanhau、NewburyNetwoks、PanGo和Skyhook等以及WIFI定位系统中使用。二、设计或论文主要内容和重点，预期达到的目标及拟解决的主要问题和解决问题的思路。（此部分为重点阐述内容）查阅大量相关资料，了解无线传感器网络节点定位的原理，熟悉接收信号强度指示（RSSI）、到达时间（TOA）、到达时间不同（TDOA）等常见的测距方法及其优缺点，熟练掌握三边定位方法、最大似然方法等常见的基于测距的定位方法，熟练掌握Matlab语言。使用Matlab软件仿真对比不同条件下（例如：测距方法不同、锚节点数量不同、通信半径不同），各种基于测距的定位方法的平均定位误差，并对仿真结果进行分析。无线传感器节点定位面临两大部分的挑战：网络部分和无线射频信道部分。网络部分：定位一般局限于网络规模（节点和锚节点的数量），拓扑结构和网络连接度。高密度节点的网络比稀疏密度节点网络的定位性能可以高出很多，而且在稀疏密度节点中，由于节点的连通性不高，节点的连通比较有困难，可能存在孤立点。然而随着密度的增加，从一跳到下一跳的累计传播误差又在增加。无线射频信道部分：协作定位能否实现取决于射频测试技术和网络的分布环境。TOA测距精度较高，RSSI使用最多，但精度低。不同环境，技术表现效果也会不一样。室内区域，节点面临严重的多径衰落和恶劣的射频环境传播。通过Matlab软件的仿真，在不同条件下，仿真各种方法的性能，并对仿真结果进行分析。三、设计或论文方案：[⑴技术方案（有关方法、技术路线、技术措施）；⑵实施方案所需的条件（技术条件、试验条件等）]（1）用Matlab软件仿真对比各种基于测距的定位方法的平均定位误差，并对仿真结果进行对比分析。过程如下：○1构建网络拓扑结果；○2设定锚节点；○3测量各节点之间的距离；○4获得节点间的邻居关系；○5对各未知节点进行定位；○6计算平均定位误差；○7分析仿真结果。（2）学习无线传感网络的特点，节点定位的相关知识，学习Matlab软件的使用。四、主要参考文献目录[1]张杰唐洪雷洋詹杰王峰王海龙.无线传感器网络[M].北京：国防工业出版社，2014.9[2]周文红黄巍严学纯梁朝军.定位技术解问[M].北京：人民邮电出版社，2014.12[3]赵相鹏.无线传感器网络中基于测距的节点定位算法研究[D][4]孙利民李建中陈渝.朱红松.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社，2005[5]赵仕俊唐懿芳.无线传感器网络[M].北京：科学出版社，2013.5[6]蒋珉，MATLAB程序设计级应用[M].北京：邮电大学出版社，2010.3[7]陈怀琛吴大正高西全.MATLAB及在电子信息课程中的应用[M].北京：电子工业出版社，2004.5[8]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，2005.1[9]TilakS,Abu-GhazalehNB,HeinzelmanW.Ataxonomyofwirelessmicro-sensornetworkmodels[J].MobileComputingandCommunicationsReview，2002[10]ChongCY,SrikantaPK.Sensornetwork:evolution,opportunities，andchallenges[c].ProceedingsoftheIEEE,NewYork,NY,USA:InstituteofElectonicsEngineerslnc,2003[11]AkosLedeczi,GergelyKiss,BelaFeher,etal.AcousticSourceLocalizationFusingSparseDirectionofArrivalEstimates[J].IntelligentSolutionsinEmbeddedSystems,2006.6[12]WenpingChen.CooperativeLimitingLocalizationSchemesforWirelessSensorNetworks[J].InnovativeComputing,InformationandControl,2006.8五、毕业设计（论文）工作进度计划。（必须包含一定工作量的计算机知识综合应用环节）1-2周：学习无线传感器网络的相关知识3周：学习使用matlab软件4周：学习测距定位算法5-6周:进行matlab仿真7周：完成论文撰写六、指导教师审核意见指导教师签字：年月日七、开题答辩结论和审核意见教研室主任签字：年月日