无线传感器网络无需测距定位算法的比较与改进

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随着计算机技术、信息处理技术和无线通信技术的进步而出现的无线传感器网络是一种全新的信息采集与处理技术。无线传感器网络在国防军事、环境监测和医疗健康等方面获得了极为广泛的应用。   节点定位是无线传感器网络实现应用的前提。节点的定位算法可分为基于测距的定位算法和无需测距的定位算法。前者是利用测量得到的距离或角度信息来计算节点的位置,而后者一般是利用节点的连通性信息等方法来完成节点的位置估计。基于测距的定位算法定位精度高,但是成本高、耗能多。无需测距的定位算法虽然定位误差比较大,但定位精度能够满足很多应用的要求。   本文主要研究无需测距的节点定位算法。首先在统一设定的场景下比较Amophous算法,DV-Hop算法,Cengoid算法和Min-Max算法的定位性能。实验结果显示,DV-Hop算法的总体性能较好;Amorphous算法需要较大的网络连通度才能实现较高精度的定位;Centroid算法和Min-Max算法简单、复杂度低,只能实现粗精度的定位。   DV-Hop算法的缺点在于跳数估计不够准确,改进后的DV-Hop算法使用了局部平均法对跳数估计进行加权。与原算法相比,改进后的DV-Hop算法在定位精度上可以提高10%左右,可实现较高精度的定位。同时它对信标节点比例的要求更低,对网络噪声的抑制能力更强,而算法的时间复杂度仅比原算法大5%左右。Min-Max算法的缺点在于直接使用节点通信半径来计算矩形区域。改进后的Min-Max算法使用简单的基于测距的方法来提高定位精度。改进后的Min-Max算法在定位精度上比原算法可以提高10%~20%左右,定位精度可满足很多应用的要求,同时算法的时间复杂度仅比原算法大5%左右。   最后,对论文的工作进行总结,提出了一些尚待解决的问题。
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