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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林鼎鈞
研究生(外文):Lin, Tingchun
論文名稱:無線感測網路的多邊定位問題之研究
論文名稱(外文):A Study Of The Multilateration Localization Problem Of Wireless Sensor Networks
指導教授:陳啟彰陳啟彰引用關係
指導教授(外文):Chen, Chichang
口試委員:陳啟彰張燕光朱紹儀
口試委員(外文):Chen, ChichangChang, YenkuangChu, Shaoyi
口試日期:2012-07-24
學位類別:碩士
校院名稱:義守大學
系所名稱:資訊工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:88
中文關鍵詞:無線感測網路多邊最小平方法定位問題
外文關鍵詞:Wireless Sensor NetworksMultilaterationLeast SquareLocalization Problem
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無線感測網路近年因體積小、功能多元化等因素,使得廣泛運用在軍事、環境、醫療等各領域中,但其主要限制為能源及節點定位的精確度等問題。其中關於節點定位問題,國內外學者及研究者皆提出不同想法與構想,而本研究針對節點定位問題發現到諸多研究文獻中提及到的無線感測網路之感測器,多數需額外安裝硬體設備或需具備一定數量且已知位置的感測器節點,這使得在成本及技術上的難度有所提升。
為突破上述困境,本研究延續在無線感測網路節點定位採用泛播機制定位法的研究架構,增加錨節點個數,搭配上最小平方法來提高節點定位的精確度,以無需額外增加硬體設備即可達到提升節點定位準確度的目的。根據本研究的實驗,當錨節點增加到12個以上時,感測節點的誤差可控制在傳輸距離的百分之十五以內。
Wireless sensor networks are widely used in military surveillance, environmental detection, medical inspection and other fields. Most of the wireless sensor network applications require the information of the location of sensors. However, the estimation of the localization of sensors is limited to the energy dissipation and thus usually lack of accuracy. Most of the research of localization of wireless sensor networks requires installing extra devices, and therefore increase the cost of the networks. The localization scheme we propose in this thesis is range-free, i.e. it does not require any extra devices and solely use the basic properties of the wireless sensor networks.
In order to improve the performance of the existing localization methods, we continue on the node localization method proposed in reference and use the Flooding Mechanism. In this thesis we increase the number of anchor nodes and use the Least Square Multilateration Method to improve the accuracy of the location estimation. From our experiment, our method outperforms the well-known DV-Hop method, and improves the accuracy of ZBLM and EZBLM as well. According to our experiments, when the number of the anchor nodes increases to more than 12 nodes, the average location error of the unknown sensors are within 15% of the transmission range.
中文摘要I
英文摘要II
目錄IV
圖目錄VII
表目錄X
第一章 序論1
第一節 無線感測網路簡介1
第二節 研究動機與背景3
第三節 章節概述5
第二章 文獻探討6
第一節 概論無線感測網路節點定位技術6
第二節 全球定位系統8
第三節 定位技術相關理論12
第四節 泛播機制定位法中使用區塊劃分方式19
第五節 坐標測定修正法25
第六節 MATLAB簡介28
第三章 運用最小平方法多邊定位提高泛播機制定位的準確度29
第一節 運用最小平方法多邊定位(LSMLM)29
第二節 三個以上錨節點運用最小平方法多邊定位(LSMLM)38
第三節 三個以上錨節點擺放位置影響誤差大小45
第四節 三個以上錨節點運用最小平方法多邊定位-使用MATLAB做最小平方法多邊定位計算50
第四章 模擬與分析51
第五章 結論與未來展望73
參考文獻74
圖目錄
圖1 無線感測網路系統基本結構2
圖2 三點定位理想範例9
圖3 三點定位實際範例10
圖4 單次多點定位13
圖5 重複多點定位14
圖6 合作多點定位範例14
圖7 DV-HOP範例圖17
圖8 區塊劃分模擬圖20
圖9 高密度下Sink的最大距離22
圖10 低密度下Sink的最小距離23
圖11 藍色感測節點與紅色5號感測節點示意圖26
圖12 m個錨節點隨機擺放示意圖30
圖13 7個錨節點與中心點示意圖32
圖14 7個錨節點求出中心點坐標示意圖34
圖15 a、b、c 錨節點區域擺放示意圖38
圖16 a、b、c 3個錨節點做泛播後得到s的hop count數39
圖17 s0位置示意圖42
圖18 a、b、c、d 4個錨節點擺放示意圖45
圖19 a、b、c、d 4個錨節點擺放示意圖47
圖20 a、b、c 3個錨節點擺放示意圖48
圖21 3個Sink擺放示意圖54
圖22 4個Sink擺放示意圖54
圖23 8個Sink擺放示意圖55
圖24 12個Sink擺放示意圖55
圖25 16個Sink擺放示意圖56
圖26 CR=20 LSMLM Location-Error 57
圖27 CR=20 LSMLM Range-Error 57
圖28 CR=30 LSMLM Location-Error 58
圖29 CR=30 LSMLM Range-Error 59
圖30 CR=40 LSMLM Location-Error 60
圖31 CR=40 LSMLM Range-Error 60
圖32 CR=50 LSMLM Location-Error 61
圖33 CR=50 LSMLM Range-Error 62
圖34 CR=60 LSMLM Location-Error 63
圖35 CR=60 LSMLM Range-Error 63
圖36 CR=20 Location-Error 綜合比較圖65
圖37 CR=20 Range-Error 綜合比較圖 66
圖38 CR=30 Location-Error 綜合比較圖67
圖39 CR=30 Range-Error 綜合比較圖 67
圖40 CR=40 Location-Error 綜合比較圖68
圖41 CR=40 Range-Error 綜合比較圖 69
圖42 CR=50 Location-Error 綜合比較圖70
圖43 CR=50 Range-Error 綜合比較圖 70
圖44 CR=60 Location-Error 綜合比較圖71
圖45 CR=60 Range-Error 綜合比較圖72
表目錄
表1 LSMLM 各種環境參數下最佳α值53
表2 LSMLM CR=20 56
表3 LSMLM CR=30 58
表4 LSMLM CR=40 59
表5 LSMLM CR=50 61
表6 LSMLM CR=60 62
表7 CR=20 綜合比較表65
表8 CR=30 綜合比較66
表9 CR=40 綜合比較表68
表10 CR=50 綜合比較表69
表11 CR=60 綜合比較表71
中文部份
[1]李育奇(2006)。在無線感測網路中定位方法之設計。大同大學資訊經營研究所碩士論文。
[2]莊鎮嘉、鄭錦聰編著(2011)。MATLAB程式設計實務。台北:全華。
[3]曾煜棋、林政寬、林志宇、潘孟鉉等人合著(2011)。無線網路─通訊協定、感測網路、射頻技術與應用服務。台北:基峯。
英文部份
[1]A. Boukerche, H.A.B.F. Oliveira, E.F. Nakamura, A.A.F. Loureiro, “DV-Loc: A Scalable Localization Protocol Using Voronoi Diagrams for Wireless Sensor Network”, IEEE Wireless Communications, pp. 50-55, 2009.
[2]Chi-Chang Chen, Yan-Nong Li, Chi-Yu Chang, Yi-Cheng Chen, Jan-Ren Wang, San-Ting Yang,“A Low Cost Range-Free Localization Scheme for Wireless Sensor Networks”, National Computer Symposium, pp.168-178, 2011.
[3]D. Niculescu and B. Nath, “Ad Hoc Positioning System(APS)”, IEEE Conference on Global Telecommunications(GLOBECOM), Vol. 5, pp. 25-29, 2001.
[4]D. Niculescu and B. Nath, “DV Based Positioning in Ad Hoc Network”, Telecommunication Systems, Vol. 22, No. 1-4, pp. 267-280, 2003.
[5]H. Karl and A. Willig, “Localization and positioning”, Protocols and Architecture for Wireless Sensor Network, Vol. 9, pp. 232-249, 2005.
[6]Holger Karl and Andreas Willig “ Protocols and Architectures for Wireless Sensor Networks”, John Wiley & Sons, Ltd. ISBN: 0-470-09510-5, pp. 252-255, 2005.
[7]I.F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam and E. Cayirci, “A Survey on Sensor Networks”, IEEE Communications Magazine, Vol. 40, No. 8, pp. 102-114, 2002.
[8]J. Bachrach and C. Taylor. Handbook of Sensor Networks, chapter Localization in Sensor Networks.Wiley, 2005.
[9]J. Yick, B. Mukherjee, D. Ghosal, “Wireless Sensor Networks Survery”, Computer Networks Vol. 52, p.p. 2292-2330, 2008.
[10]N.Patwari, J.N. Ash, S. Kyperountas, A.O. Hero, R.L. Moses and N.S. Correal, “Locating the Node: Cooperative Localization in Wireless Sensor Networks”, IEEE Signal Processing Magazine, Vol. 22, No. 4, pp. 54-69, 2005.
[11]Please refer to Internet Web site (http://gpsnewsupdates.com/)
[12]Please refer to Internet Website. (http://ccg.ee.ntust.edu.tw/~hkwu/course/JUST_962_RemoteControlSystem/IntroductionToWSN.pdf)
[13]Please refer to Wikipedia Web site. (http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9C%80%E5%B0%8F%E5%B9%B3%E6%96%B9%E6%B3%95)
[14]Please refer to Wikipedia Web site.(http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%A8%E7%90%83%E5%AE%9A%E4%BD%8D%E7%B3%BB%E7%BB%9F)
[15]R. Peng and M. L. Sichitiu, “Angle of Arrival Localization for Wireless Sensor Networks”, IEEE Communications Society subject matter experts for publication in the IEEE SECON, pp. 374-382, 2006.
[16]Tzung-De Wu, Chi-Chang Chen, Chi-Yu Chang, “The Study of Localization Problems in Wireless Sensor Networks”, The Sixth Workshop on Wireless, Ad Hoc and Sensor Networks (WASN 2010), Taipei, Taiwan, 2010.
[17]Y. Ko and N. Yaidya, “Location-Aided Routing (LAR) in Mobile Ad Hoc Networks”, in Proc. Of MOBICOM’98, pp. 66-75, 1998.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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