【摘要】：隨著海洋經(jīng)濟在國民經(jīng)濟中所占比重的不斷增加,人類日益重視海洋資源的開發(fā)和利用。而傳感器網(wǎng)絡(luò)因靈活性高、自組織能力強的特點,被廣泛應(yīng)用于海洋領(lǐng)域。水下傳感器節(jié)點定位技術(shù),實現(xiàn)了節(jié)點監(jiān)測信息與位置信息的結(jié)合,使監(jiān)測信息具有實際應(yīng)用價值,因此,水下節(jié)點定位技術(shù)成為研究熱點之一。海洋環(huán)境下,節(jié)點不斷運動,位置變化頻繁;并且部署環(huán)境難以實現(xiàn)節(jié)點的能量補充或電池更換,給水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的定位帶來巨大挑戰(zhàn)。本文重點研究了節(jié)能的水下動態(tài)節(jié)點實時位置信息更新機制,建立了節(jié)點的運動預(yù)測模型,通過模型系數(shù)的傳遞實現(xiàn)水下傳感器節(jié)點的定位,減少網(wǎng)絡(luò)的通信消耗;考慮位置精度要求較高的應(yīng)用場景,在節(jié)點估計位置基礎(chǔ)上,設(shè)計基于動態(tài)搜索空間的粒子群算法,快速高效地提高節(jié)點定位精度。主要工作內(nèi)容如下:(1)在近海環(huán)境中,本文以高斯徑向基函數(shù)作為空間基函數(shù),建立了時間和空間分辨率較高的節(jié)點運動模型。為提高模型實時性并降低數(shù)據(jù)的更新頻率,采用K-medoids方法和擴展卡爾曼算法預(yù)測模型系數(shù),降低通信能量消耗,為節(jié)點定位奠定基礎(chǔ)。(2)考慮錨節(jié)點與普通節(jié)點的差異性,設(shè)計了基于運動模型的分層定位算法,分別對錨節(jié)點和普通節(jié)點實時定位,降低了通信能量能耗。錨節(jié)點采用K-medoids方法和擴展卡爾曼算法預(yù)測運動模型,并結(jié)合歷史位置預(yù)測定位。通過定位誤差及預(yù)測窗口的判定,錨節(jié)點實時更新模型系數(shù),提高模型精度。以傳遞的模型信息為基礎(chǔ),普通節(jié)點計算運動模型,并結(jié)合歷史位置實現(xiàn)定位。設(shè)計了普通節(jié)點的參考節(jié)點列表更新方法,及時調(diào)整參考信息,提高信息準(zhǔn)確度。(3)對于節(jié)點位置精度要求較高的應(yīng)用場景,建立了節(jié)點位置優(yōu)化模型,并提出了基于動態(tài)搜索區(qū)域的粒子群優(yōu)化位置算法。針對水下動態(tài)節(jié)點,以根據(jù)運動模型估計的位置為中心向空間延伸,形成動態(tài)的二維搜索區(qū)域,提高了搜索效率和定位精度。(4)分別對基于運動模型的定位方法和基于動態(tài)搜索區(qū)域的粒子群優(yōu)化位置算法仿真分析。結(jié)果表明基于運動模型的定位方法在定位覆蓋度、平均定位誤差及平均通信能耗方面均優(yōu)于SLMP算法和MP-PSO算法。基于動態(tài)搜索區(qū)域的粒子群優(yōu)化位置算法明顯降低了節(jié)點的平均定位誤差。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【圖文】：

圖 1-1 二維靜止水下傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖[3]決二維靜止水下網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積小、采集信息有限的問題傳感器網(wǎng)絡(luò)。相對于二維靜止水下網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點固定在下網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點根據(jù)實際應(yīng)用場景的需求，可以分布在[28]提出將水下傳感器節(jié)點通過電線與水面浮標(biāo)節(jié)點相以改變節(jié)點的水下深度。但是該方法中過多的浮標(biāo)會影且極易被敵方發(fā)現(xiàn)進而攻擊和破壞。針對上述問題，提在海底，同時對每個節(jié)點配備充氣浮標(biāo)的解決辦法。如則對浮標(biāo)充氣，增大體積，進而增加浮力；如果節(jié)點向氣，減小體積，減少浮力。因此，通過調(diào)節(jié)充氣浮標(biāo)的器節(jié)點的上下移動，增大監(jiān)控區(qū)域面積和采集的海域信器節(jié)點的三維靜止水下傳感器網(wǎng)絡(luò)如圖 1-2[3]所示。通常網(wǎng)絡(luò)不存在二維水下網(wǎng)絡(luò)中的匯聚節(jié)點，普通節(jié)點采集輸方式將其發(fā)送到水面基站。

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文域，并按照預(yù)先設(shè)定的路線航行并廣播自身信息。當(dāng)能浮到水面進行充電，之后繼續(xù)潛入水下。此外，AUV，可以實現(xiàn)連續(xù)數(shù)月的工作。采用 DNR 節(jié)點時，通向的上升或下降；水平方向則是在洋流的影響下發(fā)生負責(zé)監(jiān)測、采集目標(biāo)海域的信息，并借助水下錨節(jié)點水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點是拓撲結(jié)構(gòu)更加靈活，覆蓋面富，因此適用于大規(guī)模水下傳感器網(wǎng)絡(luò)。但相比于二絡(luò)，由于節(jié)點不斷運動，需要重復(fù)計算水下節(jié)點的位此外，AUV 和 DNR 節(jié)點價格昂貴，增加了網(wǎng)絡(luò)的成

【參考文獻】

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1 周濤;陸惠玲;;數(shù)據(jù)挖掘中聚類算法研究進展[J];計算機工程與應(yīng)用;2012年12期

2 李建如;許惠平;;加拿大“海王星”海底觀測網(wǎng)[J];地球科學(xué)進展;2011年06期

3 呂超;王碩;譚民;;水下移動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究綜述[J];控制與決策;2009年06期

4 王靜;陳建峰;張立杰;黃建國;;水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[J];聲學(xué)技術(shù);2009年01期

本文編號：2722879