[發(fā)明專利]基于節(jié)點(diǎn)通信半徑和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)分布的改進(jìn)型DV-Hop算法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210006745.X
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號(hào): CN102523617A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳玉成;李江雯;付紅玉;熊沛;張麗玲;李龍江
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W40/20
• 分類號(hào): H04W40/20;H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信和信息傳播領(lǐng)域，特別涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)非測距定位算法DV-Hop。

背景技術(shù)

定位技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless?sensor?network，WSN)關(guān)鍵技術(shù)之一。根據(jù)定位過程中是否需要測量實(shí)際節(jié)點(diǎn)間的距離，定位算法可分為基于測距的定位算法和非測距定位算法。非測距定位方案具有能耗少、硬件成本低、抗測量噪聲能力強(qiáng)、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，得到關(guān)注和廣泛應(yīng)用。

DV-Hop定位算法基于距離矢量路由思想，用平均跳距和兩節(jié)點(diǎn)間跳數(shù)的乘積表示兩節(jié)點(diǎn)間的距離，是目前得到廣泛應(yīng)用的非測距定位算法。該算法假定網(wǎng)絡(luò)連通度高，在各向同性的密集網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中獲得較好的定位效果，但在節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，由于平均跳距誤差大、用直線路徑代替實(shí)際路徑等原因，存在定位誤差大的問題。為解決此問題，現(xiàn)有文獻(xiàn)利用最小二乘法計(jì)算平均跳距使得平均跳距誤差最小化，通過節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)迭代求精的數(shù)值方法改善了節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的精度；還可以結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型，用本地網(wǎng)絡(luò)環(huán)境參數(shù)計(jì)算出期望前進(jìn)距離代替平均跳距，從而獲得更小的誤差；由于信標(biāo)節(jié)點(diǎn)分布對算法有影響，通過在合理信標(biāo)節(jié)點(diǎn)布置方案下使用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)多種發(fā)射半徑的方法，得到更好的定位精度；也可以將算法與RSSI測距技術(shù)相結(jié)合，提出用可規(guī)律性移動(dòng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的改進(jìn)方案，解決了一跳距離內(nèi)節(jié)點(diǎn)定位誤差大和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)分布不均勻的問題。但是前三種方法需要未知節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)所有信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的平均跳距值，額外的本地網(wǎng)絡(luò)信息及信標(biāo)節(jié)點(diǎn)需要不斷使用多種發(fā)射半徑，這三種方法都大大增加了節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)、通信和計(jì)算開銷。同時(shí)，前兩種方法均沒有考慮信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的分布方式對定位性能的影響；第三種方法沒有考慮平均跳距誤差對定位性能的影響；另外第四種方法使用測距技術(shù)和移動(dòng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)增加了硬件成本和定位時(shí)延。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種在不增加網(wǎng)絡(luò)通信量的情況下，有效提高DV-Hop算法的定位精度的方法；通過誤差分析得到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化分布方式，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布特性，推導(dǎo)出與實(shí)際偏差最小的節(jié)點(diǎn)通信半徑，同時(shí)使用最小二乘法獲得信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的平均跳距，加權(quán)處理優(yōu)化未知節(jié)點(diǎn)的位置。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供的基于節(jié)點(diǎn)通信半徑和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)分布的改進(jìn)型DV-Hop算法，包括以下步驟：

S1：部署節(jié)點(diǎn)前，獲取監(jiān)測區(qū)域?qū)嶋H參數(shù)，確定信標(biāo)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化分布方式；

S2：根據(jù)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化分布方式計(jì)算節(jié)點(diǎn)最佳通信半徑；

S3：在監(jiān)測區(qū)域部署節(jié)點(diǎn)并形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；

S4：網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)獲取距每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)；

S5：每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)根據(jù)其他信標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置和相隔最小跳數(shù)，用最小二乘法計(jì)算平均跳距；

S6：信標(biāo)節(jié)點(diǎn)將平均跳距作為一個(gè)校正值廣播至網(wǎng)絡(luò)中；

S7：計(jì)算無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。

進(jìn)一步，所述網(wǎng)絡(luò)中的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)按以下方式布置，使得每一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)滿足以下公式：