针对DV-HOP改进的WSN节点定位算法研究

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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,简称WSN)是由大量分布在复杂环境的节点组成,通过采集和监测节点的数据对复杂环境进行实时的监测。节点的定位技术是WSN其它技术研究的基础和重要的环节。WSN节点定位技术主要分成基于测距和基于非测距。基于测距的定位精度高,需要额外的硬件支持、成本较高,而基于非测距的定位无需硬件支持,故基于非测距的节点定位一直是研究的热门,本文主要对非测距定位算法中的DV-Hop进行研究。根据DV-Hop的定位步骤,详细分析DV-Hop定位误差产生的原因,并阅读大量的文献,在已有优化的基础之上引入了两种方案对DV-Hop进行优化:(1)系数优化的DV-Hop算法,该算法的主要思想是利用系数对以下三个方面进行修正:第一,系数修正通信范围内的节点跳数。由于锚节点通信范围内的节点跳数都记为1跳,然而当通信半径较大时,与锚节点距离相差很大的两个节点的跳数都为1,利用相同的跳数与平均跳距估算距离必然会产生很大误差,故本文采用基于理想跳数的系数修正法;第二,系数修正锚节点的平均跳距,若两个锚节点之间要经过多跳且非直线的通信,那么采用传统的DV-Hop算法求出的平均每跳的距离估算未知节点与锚节点之间的距离会有误差,本文采用加权系数法对锚节点平均每跳的距离修正;第三,修正未知节点与锚节点之间的距离,利用修正的平均每跳的距离和跳数的积估算未知节点和锚节点之间的距离,传统的算法是采用距离未知节点最近的一个锚节点来估算,忽略了其它锚节点对该未知节点的影响,所以文本采用补偿系数法的方式让其它锚节点也参与计算中。(2)限跳及优选锚节点的DV-Hop算法,本算法主要在传统算法的基础上做了如下变化:第一,跳数阈值的设定,由于传感器网络节点分布具有随机性,节点间通信跳数越大,累计误差、网络的开销、能源消耗也越大,为了防止以上情况的发生对跳数进行限制,当跳数达到设定的阈值时,节点将不再转发此条信息;第二,锚节点平均跳距的优化,锚节点平均跳距是估算未知节点坐标的关键,但是原本的算法忽略远近不同的节点对其的影响,故引入误差因子对锚节点平均跳距进行优化;第三,优选锚节点,当采用三边测量法计算未知节点的坐标,对参与计算的锚节点进行优选,优选的原则是当选取离未知节点最近的三个锚节点参与计算时,若三锚节点共线无法计算出未知节点的坐标时,舍去距未知节点最远的锚节点,从剩余锚节点中选择距未知节点最近的锚节点继续判断直到计算出结果为止。本文采用以上两种改进方案对传统的DV-Hop算进行优化,并利用Matlab仿真平台做对比实验,实验表明本文采用的两种修正方案的定位误差比传统的定位有所减小。
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