无线传感器网络中DV-Hop算法的改进

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无线传感器网络是由大量成本低廉的传感器节点以无线通信方式自组织形成的网络,能够实时地感知、采集、处理网络区域内监测对象的信息,具有快速展开、高监测精度、容错性强等特点,是一种全新的信息获取平台,已被广泛应用于军事、农业、环境监测、医疗、物流等领域。定位技术是无线传感器网络的关键技术之一,也是无线传感器网络广泛应用的基础。无线传感器网络中事件发生的位置和传感器节点的位置都是无线传感器网络工作时至关重要的基本内容,不知道位置而感知到的数据是没有价值的。因此,确定事件发生的位置或者确定获取消息的节点位置,是无线传感器网络最基本的功能之一,对无线传感器网络的应用有效性起着关键的作用。在无线传感器网络定位技术中,基于测距的定位方法,对硬件的要求普遍较高,定位精度受环境影响大。因此,本文将DV-Hop定位算法作为研究的重点。它由Dragos Niculescu等人提出,利用GPS定位原理,是一种基于距离矢量路由的分布式定位算法,也是一种典型的无需测距的定位算法。DV-Hop定位算法通过收集未知节点与信标节点之间的最小跳数,并使用网络平均跳距代替实际每跳距离来估算未知节点的坐标。该算法原理简单、易于实现,在信标节点数量较多且分布均匀的网络中,定位精度较高,但当信标节点数量较少或者分布不均匀时,定位精度则会迅速下降。本文针对DV-Hop算法在信标节点所占比例较低时定位精度不高的问题,提出了一种改进算法:通过加入额外的约束条件,对参与定位的信标节点进行筛选,剔除掉估值不准确的信标节点,对算法进行改进,有效地提高了整个网络的定位精度。本文的主要工作内容如下:1.对无线传感器网络中常见的定位技术进行了系统地分析,包括定位算法的实现原理,节点坐标的计算方法,算法的分类等多方面的内容。2.对经典定位算法DV-Hop进行了深入的研究,针对其在非均匀的网络中定位精度不高的问题,提出了一种通过引入约束条件,对参与坐标计算的信标节点进行筛选的改进算法,该算法剔除了估算距离误差较大的信标节点,避免了原始算法在计算坐标的过程中使用了估算不准确的信标节点的问题,减少测距误差,从而提高了定位精度。3.通过MATLAB仿真平台对改进算法和原始算法进行实验,仿真结果表明,改进算法在信标节点数较少的情况下,对原始算法的定位精度提升超过了20%,实验验证了改进算法的可行性,结果表明,改进算法的表现要优于原始算法。
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