专利名称：基于节点通信半径和信标节点分布的改进型DV-Hop算法的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信和信息传播领域，特别涉及一种无线传感器网络非测距定位算法 DV-Hop。
背景技术：
定位技术是无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)关键技术之一。根据定位过程中是否需要测量实际节点间的距离，定位算法可分为基于测距的定位算法和非测距定位算法。非测距定位方案具有能耗少、硬件成本低、抗测量噪声能力强、定位精度高等优点，得到关注和广泛应用。DV-Hop定位算法基于距离矢量路由思想，用平均跳距和两节点间跳数的乘积表示两节点间的距离，是目前得到广泛应用的非测距定位算法。该算法假定网络连通度高，在各向同性的密集网络环境中获得较好的定位效果，但在节点随机分布的网络环境中，由于平均跳距误差大、用直线路径代替实际路径等原因，存在定位误差大的问题。为解决此问题， 现有文献利用最小二乘法计算平均跳距使得平均跳距误差最小化，通过节点坐标迭代求精的数值方法改善了节点坐标的精度；还可以结合无线传感器网络的数学模型，用本地网络环境参数计算出期望前进距离代替平均跳距，从而获得更小的误差；由于信标节点分布对算法有影响，通过在合理信标节点布置方案下使用信标节点多种发射半径的方法，得到更好的定位精度；也可以将算法与RSSI测距技术相结合，提出用可规律性移动信标节点的改进方案，解决了一跳距离内节点定位误差大和信标节点分布不均勻的问题。但是前三种方法需要未知节点存储所有信标节点的平均跳距值，额外的本地网络信息及信标节点需要不断使用多种发射半径，这三种方法都大大增加了节点的存储、通信和计算开销。同时，前两种方法均没有考虑信标节点的分布方式对定位性能的影响；第三种方法没有考虑平均跳距误差对定位性能的影响；另外第四种方法使用测距技术和移动信标节点增加了硬件成本和定位时延。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种在不增加网络通信量的情况下，有效提高DV-Hop算法的定位精度的方法；通过误差分析得到信标节点优化分布方式， 利用无线传感器网络节点分布特性，推导出与实际偏差最小的节点通信半径，同时使用最小二乘法获得信标节点的平均跳距，加权处理优化未知节点的位置。本发明的目的是这样实现的本发明提供的基于节点通信半径和信标节点分布的改进型DV-Hop算法，包括以下步骤Sl 部署节点前，获取监测区域实际参数，确定信标节点优化分布方式；S2 根据信标节点优化分布方式计算节点最佳通信半径；S3 在监测区域部署节点并形成无线传感器网络；
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均跳距
54网络中所有节点获取距每个信标节点的最小跳数；
55每个信标节点根据其他信标节点位置和相隔最小跳数，用最小二乘法计算平
56信标节点将平均跳距作为一个校正值广播至网络中；
57计算无线传感器网络中未知节点的坐标。
进一步，所述网络中的信标节点按以下方式布置，使得每一个信标节点的坐标满足以下公式
权利要求
1.基于节点通信半径和信标节点分布的改进型DV-Hop算法，其特征在于包括以下步骤51部署节点前，获取监测区域实际参数，确定信标节点优化分布方式；52根据信标节点优化分布方式计算节点最佳通信半径；53在监测区域部署节点并形成无线传感器网络；54网络中所有节点获取距每个信标节点的最小跳数；55每个信标节点根据其他信标节点位置和相隔最小跳数，用最小二乘法计算平均跳距；56信标节点将平均跳距作为一个校正值广播至无线传感器网络中；57计算无线传感器网络中未知节点的坐标。
2.根据权利要求1所述的基于节点通信半径和信标节点分布的改进型DV-Hop算法，其特征在于所述网络中的信标节点按以下方式布置，使得每一个信标节点的坐标满足以下公式
3.根据权利要求1所述的基于节点通信半径和信标节点分布的改进型DV-Hop算法，其特征在于所述节点通信半径的确定，具体包括以下步骤521根据监测区域参数确定网络中传感器节点的节点概率函数；522根据节点概率函数确定节点的一跳期望前进距离的累积密度函数和概率密度函数；523根据概率密度函数计算一跳期望前进距离dpMb ；S24:根据实际网络中节点分布方式、信标节点位置与相隔最小跳数计算网络中平均每跳距离dh。p ；S25 当公式计算的一跳期望前进距离与实际平均每跳距离相近时，可得到最佳节点通信半径，即满足以下公式
4.根据权利要求1所述的基于节点通信半径和信标节点分布的改进型DV-Hop算法，其特征在于所述S5中的平均跳距通过最小二乘法得到，如下式
5.根据权利要求1所述的基于节点通信半径和信标节点分布的改进型DV-Hop算法，其特征在于所述步骤S7中未知节点的位置的计算通过以下方式进行571未知节点第一次收到校正值后，根据该校正值和到每个信标节点的最小跳数来计算与信标节点之间的距离；572加权处理优化未知节点到信标节点的距离；573利用三边测量法或极大似然估计法来计算该未知节点的坐标。
6.根据权利要求5所述的基于节点通信半径和信标节点分布的改进型DV-Hop算法，其特征在于所述步骤S73中未知节点的坐标位置的计算，采用极大似然估计法时，具体通过以下公式来计算
7.根据权利要求6所述的基于节点通信半径和信标节点分布的改进型DV-Hop算法，其特征在于所述步骤S731中未知节点位置计算中的加权因子采用如下方式确定.S7311 距离未知节点最近的信标节点的加权因子设置为Wi = 1，其他信标节点的加权因子设置为Wi =屯/…，其中，Cli表示未知节点到信标节点i的距离，…表示未知节点到信标节点j的距离。
全文摘要
本发明公开了一种基于最优节点通信半径的改进型DV-Hop算法，该算法首先由监测区域实际参数确定信标节点优化分布方式及节点最佳通信半径。然后获取网络中所有节点距信标节点的最小跳数，其中信标节点根据其他信标节点位置和相隔最小跳数，用最小二乘法计算平均跳距并广播至网络中。当未知节点第一次收到校正值后，计算到信标节点之间的距离；最后计算未知节点的坐标。本发明是在节点部署前，根据监测区域实际情况，通过误差分析得到信标节点优化分布方式；利用无线传感器网络节点分布特性，得到最佳节点通信半径，没有增加通信开销，同时使用最小二乘法获得信标节点的平均跳距，加权处理优化未知节点的位置，有效改善了随机网络中节点的定位性能。
文档编号H04W40/20GK102523617SQ20121000674
公开日2012年6月27日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者付红玉, 吴玉成, 张丽玲, 李江雯, 李龙江, 熊沛 申请人:重庆大学