论文部分内容阅读
无线传感器网络(WSNs)具有信息采集、传输和处理功能，被认为是21世纪最有影响力的技术之一，具有巨大的发展潜力。WSNs时间同步技术是WSNs中保持常用功能正常运行的关键技术，如能量管理、传输调度、数据融合、目标跟踪和定位等都需要网络中的所有节点保持时间同步。WSNs节点定位是军事监测、火灾警报、目标跟踪和定位等应用的基础。时间同步与节点定位之间存在密切的关系，可以把时间同步机制和节点定位机制放到同一个机制中同时解决，联合时间同步与定位机制可以提高信息利用率、提高算法效率和节省通信开销等，因此是WSNs中一个重要的研究方向。 本文的主要工作内容及创新点如下： (1) WSNs时间同步技术的研究。对WSN s的时间模型，影响WSNs时间同步的关键因素以及WSNs时间同步的要求进行了分析研究，并根据WSNs中节点信息交换方式的不同进行了详细分类，对其中的基于双向信息交换的几种典型时间同步算法进行了仿真对比分析。 (2) WSNs节点定位技术的研究。介绍了WSNs节点定位技术的基本思想，并对计算节点位置的常用方法进行了分析研究，随后对基于测距的定位方法和基于非测距的定位算法进行了详细分析，并对两类定位算法中两种典型的定位算法，基于TOA的测距定位算法和质心定位算法进行了仿真对比分析。 (3) WSNs联合时间同步与定位算法研究。对WSNs的联合时间同步与定位算法的基本思想进行了分析，随后对WSNs中联合时间同步与测距定位算法以及联合时间同步与免测距定位算法中的典型算法进行了详细分析推导，对联合时间同步与测距算法中比较典型的两种算法进行了仿真对比分析，另外两种典型联合时间同步与免测距定位算法会在第五章与基于成对广播同步协议的改进的联合时间同步与定位算法进行仿真对比分析。 (4)针对无线传感器网络中降低节点间的通信开销、降低计算复杂度和提高算法适应性的需求，给出一种基于成对广播同步协议改进的联合时间同步与定位算法。相比于传统基于双向信息交换方式的联合定位与时间同步算法，该算法节省大量的通信开销、降低算法过程中所需参考节点的数目，从而提高算法的能量利用率和适应性，同时具有较低的计算复杂度。经仿真分析，该算法所得到的估计值满足所推导的克拉美罗下限，且估计精度接近现有的两种典型联合时间同步与免测距定位算法，综合考虑估计精度、通信开销和计算复杂度，改进算法在一些对估计精度不是特别严苛的场景中具有很大的优势。