基于坐标改正的改进DV-Hop定位算法

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节点定位技术作为无线传感网络(Wireless Sensor Network,WSN)最关键的技术之一,是诸多相关应用的基础。按照定位过程中测距与否,节点定位算法分为基于测距定位算法和免测距定位算法。前者虽定位精度较高,但成本及能耗较大,对硬件和周围环境要求较高,实用价值较低;后者只需依靠网络连通性或网络拓扑关系进行节点定位,因无需测量节点间距离从而有效的避免了直接测距误差的引入,具有成本低、易实现等优势,在实际应用中更受青睐。DV-Hop算法作为一种经典的免测距定位算法,具有实现简单、定位精度高、成本和计算开销低等优点,被视为当前WSN实际应用广泛的定位算法。但该算法在拓扑随机的网络中往往定位误差较大。针对上述问题,本文深入研究了DV-Hop算法原理及实现过程,详细分析了其误差产生原因,在借鉴前人的优秀研究成果的基础上提出了改进算法。本文的主要工作如下:1)介绍了DV-Hop算法的原理、实现步骤,通过仿真实验剖析了其误差来源,并对已有DV-Hop改进算法进行全面的概括和分类。2)提出了名为CC-DV-Hop的改进算法。首先,定义伪距误差因子筛选K个对平均跳距计算产生较小误差的参考节点,修正平均跳距的同时有效抑制网络拓扑随机分布影响;然后,视锚节点为未知节点,在修正平均跳距的同时,运用三边或多边测量法评估自身定位坐标和坐标改正值,并将修正后的平均跳距与坐标改正值向网络广播;最后,未知节点根据接收到的锚节点信息进行定位,并利用特定锚节点的定位误差来修正自身定位误差,从而有效提高节点定位精度。3)借助Matlab7.0平台进行仿真分析。仿真结果表明:CC-DV-Hop算法的每个改进阶段均有效的提升了DV-Hop算法的节点位置估算精度;CC-DV-Hop算法定位精度比DV-Hop算法提升约24%~35%,比部分改进算法具有更高的定位精度和稳定性;当K值为锚节点的1/3~1/2时,CC-DV-Hop算法的节点位置估算最准确;从通信开销和算法复杂度考虑,相同的通信开销下,CC-DV-Hop算法虽算法复杂度略高,但定位精度提升明显。
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