煤矿环境下无线传感器定位技术的算法研究
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（ ｅｅ ｅ ｉｎ ｌＳｒｎｔ ｎ ｉ ｔ ） 到 达 时 间 Ｔ Ａ Ｒ ｃｉ ｄ Ｓｇ ａ ｔ ｇ Ｉｄｃ ｏ ， ｖ ｅ ｈ ａｒ Ｏ （ ｉ ｆ ｒ ｖ１ ， ＴｍｅＯ ｒ ａ） 到达 时 间差 Ｔ Ｏ （ ｉ ｅＤｆ ｒ Ａ ｉ ＤＡ Ｔｍ ｉｅ— ｆ
Ｄ Ｖ—Ｈ ｐ定位 算法 采用 的是 网络 中的距 离 向量 ｏ 路 由算 法 的基本 思想 。其 原理 是 ： 先计 算 出未知 节 首 点 与信 标节 点 的 最 小 跳 数 ， 然后 估 算 平 均 每 跳 的距
２ ３ Ａ ｒｈ ｕ 定位 算法 ． ｍｏ ｏ ｓ ｐ
Ａ ｏ ｈｕ 定 位算 法 的使 用需 要 满 足 两个 条 件 ， ｍ ｒ ｏｓ ｐ 分 别为 ： 全部 的信 标 节点 和未 知节点有 效 通信半 径基 本 相 同而且 是 已知值 、 无线 传感 器 网络设 置 区内节点 密度 相 当大 或 网络 连 通性 较 优 。 它是 利 用 最 大 似然 估 计法 的思 想得 到未 知节 点坐 标 。 ２４ 质 心 定位 算法 ． 质 心定 位算 法 的基本 思想 为 ： 利用 了找多边 形 的 质 心思想 ， 首先是 确 定 某 一 范 围 ， 后 让 信标 节点 规 然
坐标。
息以及矿难的搜救展开 ， 因此 ， 开发无线传感器 网络
监 控 系统 非 Ｔ算法 的 特 点 ： 于 采 用 的是 穷 尽 检 测 ， 由 因
在无 线传 感器 网络系统 中 ， 常把定 位机 制划 分 常
为 ： 于距 离 的定 位 机 制 和基 于非 测 距 的定 位 机 制 。 基
同方面对四种基于非测距算法的定位性能进行仿真分析 ， 出了重要结论 ： 得 质心算法最适合应用于狭
长的通 道仿 真环 境 ， Ｄ 而 Ｖ—Ｈ ｐ最适 于未知 节 点密度 高 ， 标 节 点 少的井 下密集 型环境 。 ｏ 信 关 键词 无 线传 感 器 网络 ； 节点定 位 ； ＰＴ算 法 ； 心 （ ｅｔ ｉ） Ｄ ＡＩ 质 Ｃ ｎｒ ｄ ；Ｖ—Ｈ ｐ算法 ； ｏ ｏ 非测距 算 法 中图分 类号 ：Ｄ ６ 文献标 识码 ：Ａ 文章 编 号 ：６２— ６２ ２ １ ） 刊 一０４ Ｔ７ １７ ０ ５ （０ １ 增 ０７—０ ４ 现在 ， 国大 部分 煤矿 安全 系统 的传 感器 基本 上 我 都是 采用 有线 方式 架 构 ， 这些 传统 的监 测方 法 和思 但 路 存 在许 多不 足 ， 当程度 上影 响 了正 常检测 井下 信 相
节 点 组成 的三 角形 内部 还是外 部 ； 然后 再选择 其 它不 同 的 ３个信 标节 点 做 同样 的检 测 ； 如此 穷 尽 检 测 ， 直 到取得 所需 的精 度值 ， 如未 知节 点在 所得 三角形 内 假 部 ， 把 此 三 角 形 质 心 坐 标 作 为 未 知 节 点 的 位 置 就
２ 基于 非测 距 的典型 定位 算法
２ １ ＡＰＴ定 位算 法 ． Ｉ
ＡＩ ＰＴ定位算法的基本思想为 ： 首先未知节 点选
择３ 个信标节点 ， 要求是这 ３个节点是能够与未知节
点 互 通 信 息 的 ， 后 检 测 此 未 知节 点 是 在 所 选 ３个 然
收 稿 日期 ：０ １— ６—１ ２１ ０ ５
ｅｃ ｎＡｒ ａ） 到 达 角 Ａ Ａ （ ｎｌ Ｏ ｒｖ１ ｎｅＯ ｒｖ１ ， ｉ Ｏ Ａ ｇｅ ｆＡｒ ａ） ｉ 等 。基于 Ｔ Ａ的定 位 精 度 高 ， 要 求 节 点 间 保 持 精 Ｏ 但 确 的时 间同 步 ； ＳＩ 随 着 实 际 情 况 变 化 而 变 得 很 ＲＳ是 不 稳定 的方 法 ；Ｄ Ａ方法 受 限 于超 声 波传 播 距 离 有 ＴＯ 限和非 视距 传输 问题 对超 声 波信 号传播 的影 响 ； Ｏ Ａ Ａ
也 受外 界环 境 影 响 ， 且 需要 额 外 硬 件 。因此 ， 文 而 本 主 要基 于非 测距 定位 算 法来进 行 分析 。
离， 进而让最小跳数乘 以平均每跳距离 ， 这样就可得 未知节点与信标节点之间的距离 ， 最后采用极大似然
估 计法 的思 想 可得未 知节 点 的坐标 。
此， 误差概率 比较小 ， 但是此算法要求较大密度 的信
标节点， 因此较 为复 杂 。
２２ Ｄ ． Ｖ—Ｈ ｐ定 位算 法 ｏ
在 基 于距 离 的定位 机制 中 ， 根据 测量 节点 间距 离或 方 位， 可采 用 的 方 法 有 接 受 信 号 强 度 指 示 器 Ｒ Ｓ Ｊ ＳＩ１
作者简介 ： 何维斌 （９ ８ ） ， １６ 一 男 贵州福泉人 ， ０ ２ ９年毕业 于贵州新 世纪成人 中等专业学校 ， ０ 助理工程师 ， 主要从事采矿技术工作 ，
（ Ｅ—ｍ ｉ ｈ ｗ ａ＠ １ ３ ｃｍ ａｌ ｗ ｈ ｏ ６ ．ｏ ）
山 西 焦 煤 科 技
２ １ 年增 刊 ０１
律性的给邻近节点发送广播信息分组 ， 当未知节点收 到各个信标节点信息分组信号值大于门限值时 ， 就可
增 刊 ２ １ 年 ７月 ０１
・
山 西 焦 煤 科 技
Ｓ ｎ ｉＣｏ ｎｇ Ｃｏ ｌＳ ｉｎ ｅ＆ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｈａ ｘ ｋｉ ａ ｃ ｅ ｃ ｃ ｎ ｌｇ
Ｓ ｐ ｌｍｅ ｔ ｕ ｐ ｅ ｎ
Ｊ １２ １ ｕ． ０ １
试 验研究 ・
煤矿环境下无线传感器定位技术的算法研究
何 维斌
（ 贵州省福 泉市道坪镇桃子冲煤矿 ， 福泉 贵州 ５００ ） ５ ５ ０
摘 要
根 据 无线传 感 器 网络 定 位技 术 的研 究 ， 同的 网络 环境 必须 采 用适 合 的 定位 技 术 才 能 不
达到较 好 的定位 效 果。本 文 通过设 置 两种 不 同的煤矿 环 境 （ 即煤 矿 通道 环境 和 煤矿 井下 环境 ） 从 不 ，
Ｄ Ｖ—Ｈ ｐ定位 算法 采用 的是 网络 中的距 离 向量 ｏ 路 由算 法 的基本 思想 。其 原理 是 ： 先计 算 出未知 节 首 点 与信 标节 点 的 最 小 跳 数 ， 然后 估 算 平 均 每 跳 的距
２ ３ Ａ ｒｈ ｕ 定位 算法 ． ｍｏ ｏ ｓ ｐ
Ａ ｏ ｈｕ 定 位算 法 的使 用需 要 满 足 两个 条 件 ， ｍ ｒ ｏｓ ｐ 分 别为 ： 全部 的信 标 节点 和未 知节点有 效 通信半 径基 本 相 同而且 是 已知值 、 无线 传感 器 网络设 置 区内节点 密度 相 当大 或 网络 连 通性 较 优 。 它是 利 用 最 大 似然 估 计法 的思 想得 到未 知节 点坐 标 。 ２４ 质 心 定位 算法 ． 质 心定 位算 法 的基本 思想 为 ： 利用 了找多边 形 的 质 心思想 ， 首先是 确 定 某 一 范 围 ， 后 让 信标 节点 规 然
坐标。
息以及矿难的搜救展开 ， 因此 ， 开发无线传感器 网络
监 控 系统 非 Ｔ算法 的 特 点 ： 于 采 用 的是 穷 尽 检 测 ， 由 因
在无 线传 感器 网络系统 中 ， 常把定 位机 制划 分 常
为 ： 于距 离 的定 位 机 制 和基 于非 测 距 的定 位 机 制 。 基
同方面对四种基于非测距算法的定位性能进行仿真分析 ， 出了重要结论 ： 得 质心算法最适合应用于狭
长的通 道仿 真环 境 ， Ｄ 而 Ｖ—Ｈ ｐ最适 于未知 节 点密度 高 ， 标 节 点 少的井 下密集 型环境 。 ｏ 信 关 键词 无 线传 感 器 网络 ； 节点定 位 ； ＰＴ算 法 ； 心 （ ｅｔ ｉ） Ｄ ＡＩ 质 Ｃ ｎｒ ｄ ；Ｖ—Ｈ ｐ算法 ； ｏ ｏ 非测距 算 法 中图分 类号 ：Ｄ ６ 文献标 识码 ：Ａ 文章 编 号 ：６２— ６２ ２ １ ） 刊 一０４ Ｔ７ １７ ０ ５ （０ １ 增 ０７—０ ４ 现在 ， 国大 部分 煤矿 安全 系统 的传 感器 基本 上 我 都是 采用 有线 方式 架 构 ， 这些 传统 的监 测方 法 和思 但 路 存 在许 多不 足 ， 当程度 上影 响 了正 常检测 井下 信 相
节 点 组成 的三 角形 内部 还是外 部 ； 然后 再选择 其 它不 同 的 ３个信 标节 点 做 同样 的检 测 ； 如此 穷 尽 检 测 ， 直 到取得 所需 的精 度值 ， 如未 知节 点在 所得 三角形 内 假 部 ， 把 此 三 角 形 质 心 坐 标 作 为 未 知 节 点 的 位 置 就
２ 基于 非测 距 的典型 定位 算法
２ １ ＡＰＴ定 位算 法 ． Ｉ
ＡＩ ＰＴ定位算法的基本思想为 ： 首先未知节 点选
择３ 个信标节点 ， 要求是这 ３个节点是能够与未知节
点 互 通 信 息 的 ， 后 检 测 此 未 知节 点 是 在 所 选 ３个 然
收 稿 日期 ：０ １— ６—１ ２１ ０ ５
ｅｃ ｎＡｒ ａ） 到 达 角 Ａ Ａ （ ｎｌ Ｏ ｒｖ１ ｎｅＯ ｒｖ１ ， ｉ Ｏ Ａ ｇｅ ｆＡｒ ａ） ｉ 等 。基于 Ｔ Ａ的定 位 精 度 高 ， 要 求 节 点 间 保 持 精 Ｏ 但 确 的时 间同 步 ； ＳＩ 随 着 实 际 情 况 变 化 而 变 得 很 ＲＳ是 不 稳定 的方 法 ；Ｄ Ａ方法 受 限 于超 声 波传 播 距 离 有 ＴＯ 限和非 视距 传输 问题 对超 声 波信 号传播 的影 响 ； Ｏ Ａ Ａ
也 受外 界环 境 影 响 ， 且 需要 额 外 硬 件 。因此 ， 文 而 本 主 要基 于非 测距 定位 算 法来进 行 分析 。
离， 进而让最小跳数乘 以平均每跳距离 ， 这样就可得 未知节点与信标节点之间的距离 ， 最后采用极大似然
估 计法 的思 想 可得未 知节 点 的坐标 。
此， 误差概率 比较小 ， 但是此算法要求较大密度 的信
标节点， 因此较 为复 杂 。
２２ Ｄ ． Ｖ—Ｈ ｐ定 位算 法 ｏ
在 基 于距 离 的定位 机制 中 ， 根据 测量 节点 间距 离或 方 位， 可采 用 的 方 法 有 接 受 信 号 强 度 指 示 器 Ｒ Ｓ Ｊ ＳＩ１
作者简介 ： 何维斌 （９ ８ ） ， １６ 一 男 贵州福泉人 ， ０ ２ ９年毕业 于贵州新 世纪成人 中等专业学校 ， ０ 助理工程师 ， 主要从事采矿技术工作 ，
（ Ｅ—ｍ ｉ ｈ ｗ ａ＠ １ ３ ｃｍ ａｌ ｗ ｈ ｏ ６ ．ｏ ）
山 西 焦 煤 科 技
２ １ 年增 刊 ０１
律性的给邻近节点发送广播信息分组 ， 当未知节点收 到各个信标节点信息分组信号值大于门限值时 ， 就可
增 刊 ２ １ 年 ７月 ０１
・
山 西 焦 煤 科 技
Ｓ ｎ ｉＣｏ ｎｇ Ｃｏ ｌＳ ｉｎ ｅ＆ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｈａ ｘ ｋｉ ａ ｃ ｅ ｃ ｃ ｎ ｌｇ
Ｓ ｐ ｌｍｅ ｔ ｕ ｐ ｅ ｎ
Ｊ １２ １ ｕ． ０ １
试 验研究 ・
煤矿环境下无线传感器定位技术的算法研究
何 维斌
（ 贵州省福 泉市道坪镇桃子冲煤矿 ， 福泉 贵州 ５００ ） ５ ５ ０
摘 要
根 据 无线传 感 器 网络 定 位技 术 的研 究 ， 同的 网络 环境 必须 采 用适 合 的 定位 技 术 才 能 不
达到较 好 的定位 效 果。本 文 通过设 置 两种 不 同的煤矿 环 境 （ 即煤 矿 通道 环境 和 煤矿 井下 环境 ） 从 不 ，