各向异性无线传感器网络DV-Hop算法研究

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无线传感器网络技术无处不在,智能家居、军事安全、物流、精细农业、环境感知等诸多领域的应用都有它的身影。这些应用的实现需要与节点的位置信息相结合,因此,节点位置信息准确性和实时性对整个无线传感器网络体系有着较大的影响。DV-Hop算法为各向同性网络提供了一种简单可行、低成本的节点定位方案,颇受国内外的关注。相比于理想化的各向同性网络,各向异性网络更加贴合实际应用。然而,DV-Hop在各向异性网络中定位精度急剧下降,不能满足定位要求。所以,提高DV-Hop在各向异性网络下节点定位的准确率至关重要。为此,本文主要做了以下工作:(1)从理论出发,首先对WSN的基本概念进行了简要介绍,并对节点定位技术的相关理论进行了详细阐述。然后以大量文献为依据,归纳总结现有的DV-Hop改进算法;(2)为了解决DV-Hop在各向异性网络中定位精度较差的问题,本文提出了基于循环优化的局部加权线性回归DV-Hop算法(ILWLR-DV-Hop)。该算法采用加权最小二乘法对方程进行求解,加权系数为拉普拉斯核函数。接着对方程组进行循环求解,将差值最小的求解结果视为方程的最优解。实验表明,在各向同性网络以及X、H、C、S拓扑结构中,相对于经典的DV-Hop算法,ILWLR-DV-Hop算法能明显提高节点位置估计的准确性;(3)针对ILWLR-DV-Hop计算量较大导致实时性不够高的问题,本文提出了一种改进的ILWLR-DV-Hop算法(TLWLR-DV-Hop)。在原本的ILWLR-DV-Hop定位算法的实现基础上引入限跳机制,限制数据分组的传播跳数,减少通信量和计算量。通过对比实验发现,改进的ILWLR-DV-Hop比原本的ILWLR-DV-Hop算法计算量小且定位精度基本持平。
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