一种低通信开销联合时钟同步和定位算法

针对无线传感器网络（wireless sensor networks ,WSNs）中降低节点间的通信开销的需求,提出一种基于成对广播同步协议（pairwise broadcast synchronization ,PBS）改进的联合时钟同步和定位算法。在联合时钟同步和定位过程中,锚节点（位置已知,时钟需同步）侦听未知节点（位置未知,时钟需同步）与参考节点（位置已知,时钟为参考时钟）双向交换的时间信息,不用发送额外的信息。因此相比于传统基于双向信息交换方式的联合时钟同步和定位算法可以节省大量的通信开销,同时可以降低同步所需参考节点的数目。该算法不仅对未知节点的位置参数和时钟参数进行联合估计,同时也完成锚节点时钟参数的估计。经过仿真分析,估计值满足所推导的克拉美罗下限（cramer-rao lower bound,CRLB）,且估计精度接近其他两种典型联合算法。综合考虑估计精度和通信开销,所提出的算法优于现有的联合时钟同步和定位算法。     

基于测距的WSN节点复制攻击检测算法

现有的无线传感网节点复制攻击检测方法多依赖于网络中节点的精确位置信息和同步时钟信息,而在网络实际运行中往往很难保证实时有效的节点位置信息和同步时钟信息。提出了测距法来检测节点复制攻击,不需要精确定位和网络时钟同步;定义了三种检测准则,给出检测系统实现方案和算法流程图。实验表明,该系统实用、可靠。     

基于TOA的无线传感器网络时间同步与定位联合算法

文中研究无线传感器网络中时间同步与节点位置坐标联合处理的问题,并且提出了一个可以联合精确估计未知传感器节点时钟偏差和未知坐标的算法,新提出的联合时间同步与定位算法采用加权最小二乘方法,相比于极大似然等迭代估计器,该方法具有更低的复杂度。理论分析表明在低信噪比情况下,算法精度可以达到克拉美罗下界(Cramér-Rao lower bound,CRLB)。计算机仿真实验结果也证明算法可以达到理论分析的精度要求。     

高密度节点部署条件下WSN时间同步优化方法

在第三方参考广播协议的基础上,提出了一种基于节点密度的时间同步协议.该协议利用节点同步消息取代第三方广播消息,减少了消息发送数量.时间同步中每个节点只需发送两个数据包,通过消息夹带增加时钟调整的参考点来提高时间同步的精度.从理论上证明了同步精度与节点密度之间的关系;通过对比实验验证了协议的正确性和有效性,进而证明了同步精度随节点密度的增加而提高.     

基于卡尔曼滤波的无线传感器网络时钟同步协议

在本文提出的时钟同步协议中,节点依据所持能耗大小在有限通信区域内完成时钟同步,即高耗节点通过监听低耗节点间进行同步交互的TPSN同步信标实现Receiver-Only同步模式,并通过引用卡尔曼滤波方法优化同步节点的时钟偏差以降低同步误差率。实验仿真表明,该同步协议与TPSN同步法相比提高了同步精度。     

传感网络终端时钟同步的目标定位模型分析

由于传统目标定位模型分析会增加目标定位时延,为了缩小目标定位时延,提出了传感网络终端时钟同步的目标定位模型分析。通过传感网络终端的仿真计算,分析了时钟同步的目标状态,在选取合适的模拟方法基础上,确定了目标节点位置与定位系数之间的关系,设计了传感网络终端时钟同步的模拟过程,完成传感网络终端的时钟同步模拟;在模拟后的传感网络终端时钟同步中设置目标采集指令,由路由器将目标采集指令转发,为了确保传感网络终端节点进入待采集状态的准时性,计算了目标的采集时间,采集时间确定后,协调器还要将等待接收反馈目标的时间上传到传感网络终端,完成传感网络终端时钟同步的目标采集;最后通过时钟同步目标定位模型的构建,实现了传感网络终端时钟同步的目标定位。仿真实验结果显示,提出的目标定位模型分析可以缩短目标定位时延。     

水下无线传感器网络节点覆盖及其自定位

节点自定位技术是水下无线传感器网络应用的关键技术之一,较高的覆盖概率能够提高节点自定位的精度。节点定位精度受到很多因素的影响,本文通过采用感知概率模型模拟传感节点测量概率分布模型,再对覆盖概率较高的传感器节点进行定位误差迭代,最后采用遗传算法对定位误差进行优化。仿真结果表明,覆盖概率受感知半径和迭代次数影响,定位误差受信标节点密度影响,采用遗传算法的优化能够实现水下传感器节点的自定位精度。     

LAN环境中的分布式同步方法研究

为了满足LAN网络环境下各节点对于同步精度的要求,提出了一种分布式实时同步方法,该方法基于中间层的同步模型,具有基本的一致性约束和严格的同步误差控制.该方法在初次同步与后续的周期性再同步过程中,通过对进程进行功能划分与合理规划,为各节点提供了快速有效的通信环境.在RT Linux环境下应用该方法对实验节点进行同步,并对实验前后的时钟误差进行测量.结果表明,在小规模的分布式LAN环境下,该方法能够在长时间的运行中实现节点间的同步效果并将时钟误差严格控制在合理的范围内,有效地提升了同步效率,保证了LAN环境的实时性.     

导航卫星双向伪距时间同步

针对卫星导航系统时间同步需求，提出了导航卫星双向伪距时间同步的理论根据，并就4种基本同步方法(双向无线电伪距同步方法, 星地双向激光伪距同步方法,双向卫星中继无线电伪距同步方法, 双向地球站中继无线电伪距同步方法)与应用进行了分析，与目前国际导航卫星时间同步通用方法相比,具有精度高, 方法简单，设备负担轻特点。     

基于三重修正的WSN节点定位方法

由于无线传感器网络中需要对未知节点定位,但是传统定位方法存在定位精度低的缺点。为了有效应对传感器网络定位误差较大的问题,该文提出一种基于三重修正的定位算法。首先,给出了新的计跳机制计算公式;然后,结合质心定位算法来计算未知节点的跳距;再利用最小二乘法对未知节点与锚节点间的距离矩阵进行修正;最后,利用高斯牛顿法对未知节点与锚节点所组成的非线性方程组进行优化求解。另外,再通过Matlab进行仿真实验,分析了不同因素对定位误差的影响。通过对比其他3种定位算法的定位效果,验证了该文所提算法能够有效提高定位精度。     

水下无线传感器网络中的错误信标过滤策略

水下无线传感器网络可以为海洋地理数据收集、预防自然灾害、战术预警等多种水下应用提供实时监控服务。水下定位技术是水下应用中的一大难点。水下定位通常依赖信标节点。但是由于水下洋流环境的复杂变化、水下生物的碰触和强电磁干扰,信标节点往往会移动或损坏,导致许多普通传感器节点定位错误。为了处理错误信标问题,这里提出一种基于粒子群优化的错误信标过滤算法来精确的找出错误信标。首先通过改进的三边定位法计算出定位错误,然后通过粒子群优化算法把定位错误数量最多的信标节点过滤出来。剩下的信标节点不断进行过滤,直到每一个信标节点的相关定位错误都低于某个预设的阈值。模拟实验证明本算法可以高效的检测出几乎全部错误信标,并且有很好的算法一致性。     

接收信号强度指示测距模型修正与粒子群算法权重优化的节点定位算法

为了降低RSSI测距误差对定位精度的影响,提出一种RSSI模型修正与PSO权重优化相结合的定位算法。首先通过最小化误差平方和原则对RSSI测距模型参数进行校正,避免测距误差带入定位阶段,然后利用三边测量法进行粗略定位,得到未知节点的近似坐标,最后引入改进PSO算法对该近似坐标进行优化,在改进PSO算法中提出一种基于收敛因子的权重策略,有效地平衡了算法的搜索速度与搜索精度,从而得到节点坐标优化值。实验结果表明,该算法能够有效抑制测距误差积累,有更好的收敛性能和更高的全局优化能力,能实现更好的定位效果。     

传感器网络节点的微粒群定位算法

为了进一步提高无线传感器网络未知节点定位精度,以微粒群算法为理论基础,加入传感器网络的特征,提出微粒群定位算法。该算法依据未知节点接收到的到锚节点的距离信息,直接搜索出未知节点的位置。实验结果表明微粒群定位算法拥有更高的定位精度,并且抗测距误差更强的优点。     

无线传感器网络中一种改进的DV-Hop定位算法

针对 DV-Hop 算法在无线传感器网络节点分布不均匀时定位误差比较大的问题,提出了一种针对 DV-Hop 的改进定位算法。该改进算法主要是利用 RSSI 测量技术增加锚节点;在给定约束下引入“可能存在区域”这一概念,并以该可能存在区域的面积作为目标函数,对未知节点的位置利用非线性共轭梯度法进行逼近,从而使节点定位误差达到最小。通过仿真验证了节点通信半径和锚节点比例对定位误差的影响,结果表明,该改进算法将节点定位精度提高了5％～10％。     

基于EKF的无人潜航器航位推算算法

为了解决传感器的安装角偏离误差以及量测误差导致的无人潜航器(AUV)在水下自主航行时不能满足长时间导航定位的要求,对航位推算算法进行了研究.针对AUV在高纬度、长时间航行中曲率半径的变化,采用地球参考椭球体作为地球几何形状的数学描述;针对数据滤波实时性的要求,基于扩展卡尔曼滤波(EKF)对卫星导航系统(GPS)数据进行滤波,并利用AUV湖试数据对传感器的安装偏离误差进行了校正.对提出的导航算法进行了试验验证,结果表明AUV的自主导航定位精度为0.75%,满足设计要求,并优于改进前的航位推算算法.     

一种考虑可能区域和智能搜索相结合的定位算法

提出了一种考虑可能区域和智能搜索相结合的无线传感器网络节点定位算法。该算法首先利用各个锚节点到未知节点的距离确定未知节点的可能区域,然后利用微粒群算法(particle swarm optimization, PSO)搜索出落在可能区域内的符合条件的结果,最后取符合条件的结果的均值作为未知节点的估计位置。实验结果表明,该算法定位精度较高,并且具有很强的鲁棒性,相比于一般的定位算法(如最小二乘法),在测距误差为35％的情况下,其定位精度可以提高49％左右。     

无线移动Ad Hoc网络的一种节点定位模型

给出了无线移动AdHoc网络的一个节点定位概率模型,证明了当平面网络中的已知节点达到一定的数量要求时,通过模型算法可以充分准确地确定未知节点的位置.通过仿真分析,说明该模型在实际中是可行的、有效的;并且分析了节点移动性对未知节点定位的影响,得出未知节点的定位是随着其移动速度的增大而变得愈加困难,而随着其与已知节点的通信距离的增大而变得愈加容易的结论.     

基于移动锚节点的粒子群优化定位算法

在无线传感器网络的一些应用环境中,无线信道损耗模型参数未知,无法直接基于RSSI测距定位。本文针对这类应用环境,研究并提出基于移动锚节点的粒子群优化定位算法,利用移动锚节点代替传统典型算法中的静态锚节点,并将节点定位问题抽象为非线性约束优化问题,利用粒子群优化技术求解定位。仿真、分析结果证明,该算法定位精度较高,对环境噪声变化具有较强的适应能力。     

结合共线性因素的无线传感器网络DV-Hop定位算法

无线传感器网络的锚节点近似位于同一条直线上时,构成共线性现象,造成定位数据失真和精度下降.针对大规模无线传感器网络的非测距定位,结合共线性因素提出了一种DV-Hop定位算法,引入Voronoi图将网络划分成若干区域,依据共线性进行锚节点组的选取和提纯.根据跳数阈值的限制,利用每块区域的锚节点信息和符合共线性原理条件的锚节点信息对未知节点进行定位.仿真实验表明,与传统的DV-Hop和共线性算法相比,所提算法能够提高节点定位精度、减少定位误差;对于分布不均匀的网络,能够实现高精度节点定位,并适用于较复杂的环境.