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由于无线传感器网络具有低成本、低功耗、隐蔽性强、信息实时、自适应能力强等特点,被广泛地应用到精细农业、安全监测、空间探索、智能交通、医疗健康等各个领域。在无线传感器网络的众多应用里,网络中传感器节点的位置信息都是必不可少的理论基础,如果不能确定从网络中获取的数据的正确位置来源,那么用户得到的数据就毫无意义。另外完成整个无线传感器网络节点的定位,不仅能为网络提供命名空间,也可以为网络整体化管理、负载均衡、网络拓扑的自动配置提供技术保障。因此设计出定位误差低、节点定位覆盖率高的节点定位算法,一直是无线研究领域一个亟待解决的技术热点问题。
本文针对当前应用较多的DV-Hop定位算法在计算未知节点平均跳距及选择最终参考定位点时存在的问题,以降低节点定位误差为主要目标,结合质心定位算法、加权DV-Hop定位算法、最小二乘曲线拟合技术探索出基于质心定位的改进DV-Hop节点定位算法。该算法首先通过质心算法对节点进行一次粗略定位,其次通过加权DV-Hop算法计算未知节点的加权平均跳距使得到的跳距更加符合实际值,在计算未知节点与锚节点的距离时,利用最小二乘曲线拟合技术与质心算法得到的未知节点大致位置选择跳段路径最接近直线所对应的锚节点作为参考节点,最后通过节点计算方法完成未知节点定位。通过Matlab7.0软件进行仿真实验,与DV-Hop算法及加权DV-Hop算法对比,基于质心定位的改进DV-Hop算法对应平均定位误差分别降低了20%及13%左右。此外当网络中锚节点比例较低时,为减少未知节点定位失败率,本文通过为每个已完成定位的未知节点设置权值的形式提出了未知节点参与定位的改进方法,其中权值由估距误差和逆向计算误差两部分组成,并将这种方法应用到基于质心定位的改进DV-Hop算法中,实验证明在相同的锚节点比例下,未知节点参与定位的算法比基于质心定位的改进DV-Hop算法节点定位率高10%-25%。现将论文的主要工作内容概括如下:
1、概述无线传感器网络定位算法的选题背景与研究意义、目前的国内外研究现状,围绕无线传感器网络节点定位基本原理、性能评价标准、节点计算方法进行展开,分析对比了几种经典的基于测距和基于非测距的节点定位算法。
2、重点介绍DV-Hop定位算法,并借助Matlab7.0软件仿真分析不同的锚节点比例、节点通信半径对算法平均定位误差的影响,其次分析了算法定位过程中各未知节点的相对定位误差,指出定位算法存在一定的不稳定性。
3、针对DV-Hop算法选择未知节点最先接收到的锚节点平均跳距作为平均跳距校正值产生的误差,结合质心定位算法及最小二乘曲线拟合技术,提出一种新的未知节点定位算法,并借助Matlab7.0仿真平台验证锚节点比例、通信半径等对算法定位结果的影响。
4、针对锚节点数量少造成节点定位率低的问题,改进了未知节点参与定位的方法,以此增加参考节点个数,提升节点定位率,该方法是根据参与定位的锚节点估距误差及逆向计算误差组成的权值大小判断是否将该已定位的未知节点参与到下一次节点定位中。然后将该方法与基于质心定位的改进DV-Hop算法相结合,最后通过Matlab7.0仿真平台对算法进行仿真实验,仿真结果表明未知节点参与定位算法在锚节点数量较少或分布稀疏时在保证节点定位精度的前提下大大提升了节点定位率。
本文针对当前应用较多的DV-Hop定位算法在计算未知节点平均跳距及选择最终参考定位点时存在的问题,以降低节点定位误差为主要目标,结合质心定位算法、加权DV-Hop定位算法、最小二乘曲线拟合技术探索出基于质心定位的改进DV-Hop节点定位算法。该算法首先通过质心算法对节点进行一次粗略定位,其次通过加权DV-Hop算法计算未知节点的加权平均跳距使得到的跳距更加符合实际值,在计算未知节点与锚节点的距离时,利用最小二乘曲线拟合技术与质心算法得到的未知节点大致位置选择跳段路径最接近直线所对应的锚节点作为参考节点,最后通过节点计算方法完成未知节点定位。通过Matlab7.0软件进行仿真实验,与DV-Hop算法及加权DV-Hop算法对比,基于质心定位的改进DV-Hop算法对应平均定位误差分别降低了20%及13%左右。此外当网络中锚节点比例较低时,为减少未知节点定位失败率,本文通过为每个已完成定位的未知节点设置权值的形式提出了未知节点参与定位的改进方法,其中权值由估距误差和逆向计算误差两部分组成,并将这种方法应用到基于质心定位的改进DV-Hop算法中,实验证明在相同的锚节点比例下,未知节点参与定位的算法比基于质心定位的改进DV-Hop算法节点定位率高10%-25%。现将论文的主要工作内容概括如下:
1、概述无线传感器网络定位算法的选题背景与研究意义、目前的国内外研究现状,围绕无线传感器网络节点定位基本原理、性能评价标准、节点计算方法进行展开,分析对比了几种经典的基于测距和基于非测距的节点定位算法。
2、重点介绍DV-Hop定位算法,并借助Matlab7.0软件仿真分析不同的锚节点比例、节点通信半径对算法平均定位误差的影响,其次分析了算法定位过程中各未知节点的相对定位误差,指出定位算法存在一定的不稳定性。
3、针对DV-Hop算法选择未知节点最先接收到的锚节点平均跳距作为平均跳距校正值产生的误差,结合质心定位算法及最小二乘曲线拟合技术,提出一种新的未知节点定位算法,并借助Matlab7.0仿真平台验证锚节点比例、通信半径等对算法定位结果的影响。
4、针对锚节点数量少造成节点定位率低的问题,改进了未知节点参与定位的方法,以此增加参考节点个数,提升节点定位率,该方法是根据参与定位的锚节点估距误差及逆向计算误差组成的权值大小判断是否将该已定位的未知节点参与到下一次节点定位中。然后将该方法与基于质心定位的改进DV-Hop算法相结合,最后通过Matlab7.0仿真平台对算法进行仿真实验,仿真结果表明未知节点参与定位算法在锚节点数量较少或分布稀疏时在保证节点定位精度的前提下大大提升了节点定位率。