[发明专利]一种基于DV-Hop的无线传感器网络节点定位方法

说明书

本发明公开的一种基于DV‑Hop的无线传感器网络节点定位方法，包含以下步骤：S1、节点按照相同的发射功率相互通信获取节点自身的邻居关系表；S2、使用最小二乘法计算锚节点的平均每跳距离；S3、使用邻居关系表对误差较大的节点位置进行修正。本发明有效减少了未定位节点的数量,提高了网络的节点覆盖率。位置未知节点通过锚节点位置信息利用非测距方法计算自身坐标。提高了定位精度并且有效地减少了锚节点使用数量,提高了锚节点的利用率。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种基于DV-Hop的无线传感器网络节点定位方法。

背景技术

无线传感器网络是由大量廉价的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一种多跳自组织网络系统。由于受成本以及能量的限制，节点并不能全部配备GPS等定位设备。在实际使用中，节点的位置信息对于事件观测，目标跟踪，网络重构都是不可缺少的重要数据。定位精度较低的数据大大失去了其应用的价值，无线传感器网络的高精度节点定位技术有着很重要的研究意义。

目前无线传感器网络的节点定位技术主要分为两类：基于测距算法的定位技术和无需测距算法的定位技术。前者需要测量锚节点和其余所有节点距离的真实值或真实方位，然后利用空间几何的方法来计算其余节点的实际位置，如TOA(Time of Arrive)，TDOA(Time Difference of Arrive)，AOA(Angle of Arrive)和RSSI(Received SignalStrength Indicator)。后者则不需要实际距离或者方位，通过锚节点每跳的距离来对其余每个未知节点的位置进行计算，如质心算法，凸规划算法，DV-Hop算法，A-morphous算法，MDS-MAP算法和APIT算法。基于测距的算法由于知道每个未知节点与锚节点的实际距离或者绝对方位，精度相对比较高，但是测距或测量方向需要增加额外的硬件资源，对于成本或者功耗影响都相当的大，而无需测距的定位算法成本低，网络生存能力强，定位精度也基本上能满足实际应用需要，因此无需测距算法越来越受到广泛的关注，是目前研究的重点之一，但是传统无需测距算法存在计算精度误差大，而且具有方向误差的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于DV-Hop的无线传感器网络节点定位方法，该方法复杂度低，运行效率高，能适应于对节点位置较敏感的大面积的无线传感器网络节点定位系统，来解决传统无需测距算法存在计算精度误差大，而且具有方向误差的局限性的问题。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于DV-Hop的无线传感器网络节点定位方法，包含以下步骤：

S1、节点按照相同的发射功率相互通信获取节点自身的邻居关系表；

S2、使用最小二乘法计算锚节点的平均每跳距离；

S3、使用邻居关系表对误差较大的节点位置进行修正。

步骤S1中，所述节点自身的邻居关系表是通过节点之间使用相同的发射功率通信，记录能与自身节点直接通信的节点id的统计表。

由DV-Hop原理可以得知，步骤S2中，所述锚节点的平均每跳距离是通过所有锚节点到该锚节点的实际距离除以所有锚节点到该锚节点的最小跳数，即：

其中，f为锚节点的真实值与计算值的误差，h_j是锚节点i到锚节点j的最小跳数；d_i,j是锚节点i和锚节点j之间的距离；是锚节点的平均每跳距离；M为锚节点的个数；

由于未知节点的分布是随机的，所以算出的距离会与实际距离相差较大，为此对每跳平均距离进行优化。根据最小二乘法的原理，通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配；利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小，即：