專利名稱：基于節點通信半徑和信標節點分布的改進型DV-Hop算法的制作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信和信息傳播領域，特別涉及一種無線傳感器網絡非測距定位算法 DV-Hop。
背景技術：
定位技術是無線傳感器網絡(wireless sensor network,WSN)關鍵技術之一。根據定位過程中是否需要測量實際節點間的距離，定位算法可分為基于測距的定位算法和非測距定位算法。非測距定位方案具有能耗少、硬件成本低、抗測量噪聲能力強、定位精度高等優點，得到關注和廣泛應用。DV-Hop定位算法基于距離矢量路由思想，用平均跳距和兩節點間跳數的乘積表示兩節點間的距離，是目前得到廣泛應用的非測距定位算法。該算法假定網絡連通度高，在各向同性的密集網絡環境中獲得較好的定位效果，但在節點隨機分布的網絡環境中，由于平均跳距誤差大、用直線路徑代替實際路徑等原因，存在定位誤差大的問題。為解決此問題， 現有文獻利用最小二乘法計算平均跳距使得平均跳距誤差最小化，通過節點坐標迭代求精的數值方法改善了節點坐標的精度；還可以結合無線傳感器網絡的數學模型，用本地網絡環境參數計算出期望前進距離代替平均跳距，從而獲得更小的誤差；由于信標節點分布對算法有影響，通過在合理信標節點布置方案下使用信標節點多種發射半徑的方法，得到更好的定位精度；也可以將算法與RSSI測距技術相結合，提出用可規律性移動信標節點的改進方案，解決了一跳距離內節點定位誤差大和信標節點分布不均勻的問題。但是前三種方法需要未知節點存儲所有信標節點的平均跳距值，額外的本地網絡信息及信標節點需要不斷使用多種發射半徑，這三種方法都大大增加了節點的存儲、通信和計算開銷。同時，前兩種方法均沒有考慮信標節點的分布方式對定位性能的影響；第三種方法沒有考慮平均跳距誤差對定位性能的影響；另外第四種方法使用測距技術和移動信標節點增加了硬件成本和定位時延。

發明內容
有鑒于此，本發明所要解決的技術問題是提供一種在不增加網絡通信量的情況下，有效提高DV-Hop算法的定位精度的方法；通過誤差分析得到信標節點優化分布方式， 利用無線傳感器網絡節點分布特性，推導出與實際偏差最小的節點通信半徑，同時使用最小二乘法獲得信標節點的平均跳距，加權處理優化未知節點的位置。本發明的目的是這樣實現的本發明提供的基于節點通信半徑和信標節點分布的改進型DV-Hop算法，包括以下步驟Sl 部署節點前，獲取監測區域實際參數，確定信標節點優化分布方式；S2 根據信標節點優化分布方式計算節點最佳通信半徑；S3 在監測區域部署節點并形成無線傳感器網絡；
4

均跳距
54網絡中所有節點獲取距每個信標節點的最小跳數；
55每個信標節點根據其他信標節點位置和相隔最小跳數，用最小二乘法計算平
56信標節點將平均跳距作為一個校正值廣播至網絡中；
57計算無線傳感器網絡中未知節點的坐標。
進一步，所述網絡中的信標節點按以下方式布置，使得每一個信標節點的坐標滿足以下公式
權利要求
1.基于節點通信半徑和信標節點分布的改進型DV-Hop算法，其特征在于包括以下步驟51部署節點前，獲取監測區域實際參數，確定信標節點優化分布方式；52根據信標節點優化分布方式計算節點最佳通信半徑；53在監測區域部署節點并形成無線傳感器網絡；54網絡中所有節點獲取距每個信標節點的最小跳數；55每個信標節點根據其他信標節點位置和相隔最小跳數，用最小二乘法計算平均跳距；56信標節點將平均跳距作為一個校正值廣播至無線傳感器網絡中；57計算無線傳感器網絡中未知節點的坐標。
2.根據權利要求1所述的基于節點通信半徑和信標節點分布的改進型DV-Hop算法，其特征在于所述網絡中的信標節點按以下方式布置，使得每一個信標節點的坐標滿足以下公式
3.根據權利要求1所述的基于節點通信半徑和信標節點分布的改進型DV-Hop算法，其特征在于所述節點通信半徑的確定，具體包括以下步驟521根據監測區域參數確定網絡中傳感器節點的節點概率函數；522根據節點概率函數確定節點的一跳期望前進距離的累積密度函數和概率密度函數；523根據概率密度函數計算一跳期望前進距離dpMb ；S24:根據實際網絡中節點分布方式、信標節點位置與相隔最小跳數計算網絡中平均每跳距離dh。p ；S25 當公式計算的一跳期望前進距離與實際平均每跳距離相近時，可得到最佳節點通信半徑，即滿足以下公式
4.根據權利要求1所述的基于節點通信半徑和信標節點分布的改進型DV-Hop算法，其特征在于所述S5中的平均跳距通過最小二乘法得到，如下式
5.根據權利要求1所述的基于節點通信半徑和信標節點分布的改進型DV-Hop算法，其特征在于所述步驟S7中未知節點的位置的計算通過以下方式進行571未知節點第一次收到校正值后，根據該校正值和到每個信標節點的最小跳數來計算與信標節點之間的距離；572加權處理優化未知節點到信標節點的距離；573利用三邊測量法或極大似然估計法來計算該未知節點的坐標。
6.根據權利要求5所述的基于節點通信半徑和信標節點分布的改進型DV-Hop算法，其特征在于所述步驟S73中未知節點的坐標位置的計算，采用極大似然估計法時，具體通過以下公式來計算
7.根據權利要求6所述的基于節點通信半徑和信標節點分布的改進型DV-Hop算法，其特征在于所述步驟S731中未知節點位置計算中的加權因子采用如下方式確定.S7311 距離未知節點最近的信標節點的加權因子設置為Wi = 1，其他信標節點的加權因子設置為Wi =屯/…，其中，Cli表示未知節點到信標節點i的距離，…表示未知節點到信標節點j的距離。
全文摘要
本發明公開了一種基于最優節點通信半徑的改進型DV-Hop算法，該算法首先由監測區域實際參數確定信標節點優化分布方式及節點最佳通信半徑。然后獲取網絡中所有節點距信標節點的最小跳數，其中信標節點根據其他信標節點位置和相隔最小跳數，用最小二乘法計算平均跳距并廣播至網絡中。當未知節點第一次收到校正值后，計算到信標節點之間的距離；最后計算未知節點的坐標。本發明是在節點部署前，根據監測區域實際情況，通過誤差分析得到信標節點優化分布方式；利用無線傳感器網絡節點分布特性，得到最佳節點通信半徑，沒有增加通信開銷，同時使用最小二乘法獲得信標節點的平均跳距，加權處理優化未知節點的位置，有效改善了隨機網絡中節點的定位性能。
文檔編號H04W40/20GK102523617SQ20121000674
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者付紅玉, 吳玉成, 張麗玲, 李江雯, 李龍江, 熊沛 申請人:重慶大學