一种基于接收信号强度与邻接信息的DV-hop改进算法

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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)是由大量传感器节点以自组织方式构成的无线通信网络,能够实时感知、监测与采集环境中的信息。近年来,WSNs被成功应用于环境监测、医疗护理以及智能家居等众多领域。在这些应用中,传感器节点的位置信息起到了至关重要的作用,例如:节点的定位信息不仅可以获取当前数据的地理位置信息,同时也是一些路由协议及一些应用层协议所运行的基础。因此,传感器网络定位成为了无线传感器网络的一个研究重点。DV-hop定位算法具有简单、可扩展性与适用性强等优点,自提出以来受到了研究领域的广泛关注。但是,由于节点间距离估计存在误差以及信标信息的全网广播,导致了节点定位精度低、网络能耗大等问题。因此,本文提出一种动态的、优化能耗与精度的DV-hop改进定位算法。首先,本文提出了一种基于费希尔信息矩阵(Fisher Information Matrix,FIM)的能耗优化方法。该方法根据信标信息对节点定位的贡献度,动态地控制信标信息的转发,因此通过减少信标信息的转发次数降低了网络整体的能耗。其次,本文通过优化节点间距离与节点位置估计方法改善节点定位精度。主要包括:1)采用一种融合接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)与邻接信息的距离估计方法估计任意相邻节点之间的距离;2)采用欧式传播方法(Euclidean propagation method)估计任意非相邻节点之间的距离;3)采用加权最小二乘法(Weighted Least Square,WLS)确定传感器节点的位置。最后,采用MATLAB仿真平台验证本文提出的算法的可行性与有效性。仿真结果表明,与传统DV-hop算法及几种基于DV-hop的改进算法相比,本文提出的算法的定位能耗平均降低25.71%,定位精度提高12.02%。综上所述,本文提出的DV-hop改进算法具有能耗低、定位精度高及自适应能力强等优势,具有良好的应用前景和使用价值。
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