[发明专利]基于优化平均每跳距离和优选锚节点的WSN定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于优化平均每跳距离和优选锚节点的WSN定位方法，具体是一种基于优化未知节点的平均每跳距离和优选锚节点的加权与优选DV-Hop定位方法(WSDV-Hop)，属于无线传感器网络定位技术领域。

背景技术

在无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)研究的很多领域，往往必须知道节点的实际位置才有应用意义，在某些特殊应用场合数据所处的位置比数据本身更具价值，比如火灾发生的位置、水位上升的水域以及军事应用领域等，所以节点定位研究是必不可缺的环节。而全球定位系统GPS由于价格、功耗及体积等方面的制约，很难完全应用于WSN中。此外，一些已有的定位算法由于计算复杂度和需要相关硬件设备支持等原因，也不适用于WSN。因此，在资源受限的前提下，设计出高定位精度、计算量适中、无需额外硬件条件且适合实际WSN环境的节点定位方法具有现实意义。

目前，WSN的主要定位方法中依据是否需要测量节点间实际的距离可分为基于测距的算法和基于非测距的算法。基于测距的定位算法首先通过额外的装置测量节点间的距离或角度，再计算未知节点的坐标，典型算法有：RSSI、TOA、TDOA、AOA等。基于非测距的定位算法只需要利用节点间跳数等信息并加以简单运算就可以估计出节点间的距离，主要算法包括有质心、凸规划、DV-Hop、MDS-MAP等。基于测距的算法总体上能取得较好的定位精度，但是所需成本、节点的能量消耗也会较大。基于非测据的算法依靠节点间的连通性进行定位，计算量小、实现简单但定位误差较大。通过研究与改进，不少已经可以满足WSN的定位需求，其中DV-Hop是最备受关注的算法之一。

DV-Hop算法实现简单，通过节点的平均每跳距离、跳数进行定位计算就可以得到未知节点的坐标，算法成本低，计算和通信开销适中，对硬件要求较低，适用于分布式网络，扩展性好。但是DV-Hop算法也依然存在一些不足之处，比如算法中未知节点仅利用离它最近的锚节点的校正值作为平均每跳距离，会使节点间的估计距离和最终的定位计算产生较大的误差；在定位计算时随机选取的锚节点组合也会对定位精度造成较大的影响。

DV-Hop定位算法

DV-Hop算法的核心是利用节点间的估计距离代替实际测量距离，而估计距离则是通过未知节点与锚节点之间的跳数和平均每跳距离相乘来得到；然后通过估计距离和锚节点的坐标计算未知节点的定位坐标。DV-Hop算法由三个阶段组成：

第一步：获得节点间的最小跳数

锚节点以广播的方式向邻居节点发送包括跳数字段的自身位置信息元组，跳数字段的初值设为0。接收节点接收到该信息元组后将跳数加1，记录下该锚节点的位置和跳数，并将该元组转发给它的邻居节点。若节点接收到多个来自同一锚节点的元组，则节点只保留跳数最小的元组信息。通过这种方法网络中每个节点都能够记录下自己到每个锚节点的最小跳数，并获得锚节点的位置信息。

第二步：估算未知节点与锚节点之间的距离

假设锚节点总数为m，其中任一锚节点A_i在获得网络中其余锚节点坐标及与它们间的最小跳数后，可计算自己的平均每跳距离C_i，也称为网络校正值：