基于DV-Hop的无线传感器网络定位算法研究及改进

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节点定位技术是无线传感器网络最关键的技术之一,非测距算法在大型传感器网络中占有重要的地位,特别是在环境、军事、智能空间等领域具有广泛的应用前景。DV-Hop定位算法是非测距算法的典型代表,具有定位方法简单、定位精度相对较高、成本和计算开销都比较小等优点。但此算法的缺点是用跳段距离代替直线距离,在随机分布的无线传感器网络中误差相对较大。本文在前人研究的基础上进行了研究与改进,主要内容如下:1)分析了原始DV-Hop算法的定位过程与该算法存在的误差因素主要包括:跳数、平均跳距、定位计算方法。仿真对比了部分DV-Hop经典改进算法,实验结果表明,经典改进算法存在改进单一化、定位精度不足等问题。2)针对跳数因素带来的误差,提出了在数据包格式中增加跳数阈值的方法,保证满足定位条件的基础上去除定位误差较大的数据,实验结果表明,在本文的仿真环境下,合理的优化跳数阈值最高能够提高节点7%的定位精度。3)针对平均跳距带来的定位误差,结合跳数优化后所有锚节点的平均跳距,提出了一种平均跳距的修正方法,仿真实验表明,该改进方法充分利用了优选后锚节点的信息,比采用最近单一锚节点定位精度更高。4)在定位计算方法上,该步改进主要包括节点坐标初值估计和终值估计。在初值估计方面,锚节点较少时采用最小最大(Min-Max)算法求解,锚节点数较多时采用最小二乘法求解。在终值估计方面,采用拟牛顿算法对初值估计结果进行迭代寻优。仿真结果表明,该算法比原始DV-Hop算法精度提高约40%,比文献中经典改进算法精度提高约15%-20%。
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