基于uwb编码的井下无线传感器网络定位方法 - 计算机应用与软件.pdf

第３０卷第１２期　　　 计算机应用与软件 Ｖｏｌ３０Ｎｏ．１２ ２０１３年１２月　　 ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅ Ｄｅｃ．２０１３ 基于ＵＷＢ编码的井下无线传感器网络定位方法 葛日波　沈海龙 （大连理工大学城市学院　辽宁大连 １１６６００） 摘　要　　定位技术是无线传感器网络的重要研究内容。提出一种应用于井下环境的无线传感器网络快速定位方法。首先提出一 种新的基于ＵＷＢ（ＵｌｔｒａＷｉｄｅｂａｎｄ）的通信协议来对接收信号强度（ＲＳＳ）信息进行收集，即一种称为ＵＢＯＴＨ（基于ＯＶＳＦ和跳时的 ＵＷＢ技术）的ＵＷＢ编码方法，然后提出一种适用于井下环境的快速定位算法。通过推导ＵＷＢ路径损耗模型，应用极大似然估计 来计算与参照传感器之间的距离，并使用最小方差估算移动传感器的坐标。仿真结果表明，在路径损耗模型下，ＵＢＯＴＨ传输技术 可以有效地降低误码率，测距和定位算法能够准确计算目标的井下位置。 关键词　　无线传感器网络　ＵＷＢ　ＯＶＳＦ　极大似然估计 中图分类号　ＴＰ３９３　　　　文献标识码　Ａ　　　　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００３８６ｘ．２０１３．１２．０７５ ＬＯＣＡＬＩＳＡＴＩＯＮＭＥＴＨＯＤＦＯＲＷＩＲＥＬＥＳＳＳＥＮＳＯＲＮＥＴＷＯＲＫＳ ＩＮＵＮＤＥＲＧＲＯＵＮＤＭＩＮＥＳＢＡＳＥＤＯＮＵＷＢＣＯＤＩＮＧ ＧｅＲｉｂｏ　ＳｈｅｎＨａｉｌｏｎｇ （ＣｉｔｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６６００，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ　　Ｌｏｃａｌｉｓａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｃｏｎｔｅｎｔｉｎｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｗｅｐｒｅｓｅｎｔａｆａｓｔｌｏｃａｌｉｓａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＷＳＮａｐｐｌｙｉｎｇｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｍｉｎｅｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ．Ｆｉｒｓｔ，ｗｅｐｒｅｓｅｎｔａｎｅｗＵＷＢｂａｓｅｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｔｏｃｏｌｔｏｃｏｌｌｅｃｔｔｈｅ ｒｅｃｅｉｖｅｄｓｉｇｎａｌｓｔｒｅｎｇｔｈ（ＲＳＳ）ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｉ．ｅ．ｉｔｉｓａＵＷＢｃｏｄｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈｃａｌｌｅｄａｓＵＢＯＴＨ（ｔｈｅＵＷＢｔｅｃｈｎｉｑｕｅｂａｓｅｄｏｎｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｖａｒｉａｂｌｅｓｐｒｅａｄｉｎｇｆａｃｔｏｒ（ＯＶＳＦ）ａｎｄｔｉｍｅｈｏｐｐｉｎｇ）．Ｔｈｅｎ，ｗｅｐｒｏｐｏｓｅａｆａｓｔｌｏｃａｌｉｓａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｍｉｎｅｓ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ．ＴｈｒｏｕｇｈｄｅｄｕｃｉｎｇｏｕｔｔｈｅＵＷＢｐａｔｈｌｏｓｓｍｏｄｅｌ，ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍａｐｐｌｉｅｓｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ（ＭＬＥ）ｍｅｔｈｏｄｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｓｔｏｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｅｎｓｏｒｓａｎｄｕｓｅｓｍｉｎｉｍｕｍｖａｒｉａｎｃｅｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒｓ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＵＢＯＴＨｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｂｉｔｅｒｒｏｒｒａｔｅｉｎｐａｔｈｌｏｓｓｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｒａｇｉｎｇａｎｄｌｏｃａｌｉｓａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｏｂｊｅｃｔｓｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｍｉｎｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　　Ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ　Ｕｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄ（ＵＷＢ）　ＯＶＳＦ　ＭＬＥ 之一的ＩＥＥＥ８０２．１５．４ａ，已成为事实上能够为低功率、长距离和 ０　引　言