專利名稱：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算法的制作方法
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(duì)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(duì)定位性能的影響；第三種方法沒有考慮平均跳距誤差對(duì)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Sl 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)；
4

均跳距
54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)；
55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
56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；
57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
權(quán)利要求
1.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，其特征在于包括以下步驟51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；52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；53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)；54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)；55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；56信標(biāo)節(jié)點(diǎn)將平均跳距作為一個(gè)校正值廣播至無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中；57計(jì)算無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于節(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，其特征在于所述網(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
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于節(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，其特征在于所述節(jié)點(diǎn)通信半徑的確定，具體包括以下步驟521根據(jù)監(jiān)測區(qū)域參數(shù)確定網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)概率函數(shù)；522根據(jù)節(jié)點(diǎn)概率函數(shù)確定節(jié)點(diǎn)的一跳期望前進(jìn)距離的累積密度函數(shù)和概率密度函數(shù)；523根據(jù)概率密度函數(shù)計(jì)算一跳期望前進(jìn)距離dpMb ；S24:根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)分布方式、信標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置與相隔最小跳數(shù)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中平均每跳距離dh。p ；S25 當(dāng)公式計(jì)算的一跳期望前進(jìn)距離與實(shí)際平均每跳距離相近時(shí)，可得到最佳節(jié)點(diǎn)通信半徑，即滿足以下公式
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于節(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，其特征在于所述S5中的平均跳距通過最小二乘法得到，如下式
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于節(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，其特征在于所述步驟S7中未知節(jié)點(diǎn)的位置的計(jì)算通過以下方式進(jìn)行571未知節(jié)點(diǎn)第一次收到校正值后，根據(jù)該校正值和到每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)來計(jì)算與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離；572加權(quán)處理優(yōu)化未知節(jié)點(diǎn)到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離；573利用三邊測量法或極大似然估計(jì)法來計(jì)算該未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于節(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，其特征在于所述步驟S73中未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置的計(jì)算，采用極大似然估計(jì)法時(shí)，具體通過以下公式來計(jì)算
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于節(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，其特征在于所述步驟S731中未知節(jié)點(diǎn)位置計(jì)算中的加權(quán)因子采用如下方式確定.S7311 距離未知節(jié)點(diǎn)最近的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的加權(quán)因子設(shè)置為Wi = 1，其他信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的加權(quán)因子設(shè)置為Wi =屯/…，其中，Cli表示未知節(jié)點(diǎn)到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)i的距離，…表示未知節(jié)點(diǎn)到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)j的距離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于最優(yōu)節(jié)點(diǎn)通信半徑的改進(jìn)型DV-Hop算法，該算法首先由監(jiān)測區(qū)域?qū)嶋H參數(shù)確定信標(biāo)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化分布方式及節(jié)點(diǎn)最佳通信半徑。然后獲取網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)距信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)，其中信標(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)算平均跳距并廣播至網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)未知節(jié)點(diǎn)第一次收到校正值后，計(jì)算到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離；最后計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。本發(fā)明是在節(jié)點(diǎn)部署前，根據(jù)監(jiān)測區(qū)域?qū)嶋H情況，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，得到最佳節(jié)點(diǎn)通信半徑，沒有增加通信開銷，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，有效改善了隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的定位性能。
文檔編號(hào)H04W40/20GK102523617SQ20121000674
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者付紅玉, 吳玉成, 張麗玲, 李江雯, 李龍江, 熊沛 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)