基于DV-Hop的无线传感器网络定位优化研究

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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是由一系列低功耗、低成本的微型传感器节点形成的自组织网络系统,在国防军事、医疗护理、农业监控等领域有着非常广泛的应用前景。定位技术作为WSN中的关键技术之一,需要考虑到WSN自组织性、鲁棒性、高能效、分布式的特点,非常具有挑战性。  WSN中的定位算法通常情况下可以分成两大类:基于测距的算法以及与距离无关的算法。基于测距的算法定位精度相对来说较高,不过需要添加额外的硬件测量距离或者角度信息,成本大,而与距离无关的算法只需依靠网络连通度定位,但定位精度小,因此后者得到较大范围的关注。本文选取与距离无关算法中的一种典型算法DV-Hop(Distance Vector-Hop)算法进行深入研究,针对各向同性网络和各向异性网络两种情况提出改进算法以提高定位精度。  各向同性网络是一种比较理想的环境,本文对DV-Hop算法的改进首先考虑在该环境中进行。本文针对DV-Hop算法中跳数信息不能如实反应节点间实际距离关系而导致节点在无线传感网络定位过程中存在较大误差的问题,提出一种对跳数进行水平及垂直修正的改进算法。相邻节点间,跳数进行水平修正,修正过程引入RSSI(Received SignalStrength Indicator)技术,对1跳按节点间距离与其通信半径比值分段,细化跳数;同时在水平修正的基础上,分析节点间可能性分布,对2跳及以上跳数的节点引入修正角度进行垂直修正。MATLAB仿真结果表明,和原有DV-Hop算法相比,在相同网络情况下,改进算法在增加少量计算量的前提下有效的提高了定位精度。  各向异性网络相对复杂,DV-Hop算法在该网络中误差较大,并不适用。本文在各向同性网络DV-Hop改进算法的基础上,引入跳数阀值,使得各向异性网络能够划分成多个局部各向同性网络区域。跳数阀值的设定由各自的节点在确保能够定位的基础上设置,并将跳数阀值范围内的信标节点纳入局部区域,每个节点筛选出至少3个信标节点,若不满足条件,则逐步增大阀值纳入更多信标节点。此外,筛选信标节点的过程中需要考虑到信标节点近似共线引起的节点无法定位问题,在个数满足定位要求情况下,引入线性相关系数判断信标节点是否近似共线,如果近似共线,则需要增加跳数阀值。MATLAB仿真过程分成两大类情况,不规则定位区域和不规则传播模型,前者采用C-型区域,后者采用RIM(Radio Irregularity Model)模型。仿真结果表明,改进算法有效地提高了DV-Hop算法在各向异性网络环境中的定位精度。
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