WCGDV-Hop无线传感器网络定位算法研究

【摘要】无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理监测区域中感知对象的信息，并发送给观察者。其中，感知信息的节点位置是节点监测信息中非常重要的一部分，相关的位置信息对传感器网络的监测活动十分重要，没有位置信息的监测活动毫无意义。因此，能否获取感知信息的节点位置已经成为无线传感器网络研究中的重点问题。根据是否测量节点间实际距离可以将无线传感器网络定位算法分为基于距离的定位算法和距离无关的定位算法。基于距离的定位算法定位精度较高，但需要借助额外设备来测量节点之间的距离，以牺牲网络成本和能耗为代价；距离无关的定位算法无需额外设备来实现定位，具有低成本、低能耗的优点，缺点是定位精度低，但是定位精度仍然能够满足无线传感器网络的应用需求。因此距离无关的定位算法是目前大家关注的重点算法，而DV-Hop定位算法作为距离无关的经典定位算法吸引了很多学者的研究兴趣。本文对DV-Hop定位算法的定位原理进行了深入的研究，对DV-Hop定位算法的误差来源进行了深入的分析，指出了影响DV-Hop定位算法误差大小的外部客观因素和内部主观因素。外部客观因素由网络设置和部署情况决定无法避免，内部主观因素由定位算法的原理决定可以通过算法改进来减小误差。因此，从影响DV-Hop定位算法误差大小的主观因素：平均每跳距离、跳段距离和坐标计算方法出发，以减小节点定位误差、提高算法定位精度为目的，对DV-Hop定位算法进行改进，提出了一种基于误差距离加权与跳段算法选择的遗传优化DV-Hop定位算法，即WCGDV-Hop定位算法。WCGDV-Hop定位算法在DV-Hop定位算法的基础上了做了三点改进：改进点一：针对DV-Hop定位算法中未知节点的平均每跳距离计算方法，提出了基于误差与距离加权的平均每跳距离计算方法。未知节点先根据接收的最近3个锚节点的平均每跳距离误差和距离未知节点的跳数距离来计算它们的权值，然后通过对3个锚节点的平均每跳距离做基于权值的归一化加权处理来计算自己的平均每跳距离。改进点二：针对DV-Hop定位算法中未知节点与所有锚节点的跳段距离计算方法，提出了基于位置判断的选择性跳段距离计算方法。未知节点先对网络中所有锚节点进行位置判断，分为最近的锚节点和非最近的锚节点两种，针对不同种类的锚节点选择不同的算法来计算未知节点与锚节点的跳段距离。改进点三：针对DV-Hop定位算法中未知节点坐标的计算方法，提出了基于改进遗传算法优化的节点坐标计算方法。首先采用极大似然估计法计算未知节点坐标，然后使用改进的遗传算法对未知节点坐标进行迭代遗传操作，每一代操作都包括交叉、变异和选择，每一代操作后根据个体的适应度函数值来选择遗传到下一代的个体，然后继续新一代的遗传操作，直到达到终止代数时停止遗传操作，输出最优解。采用MATLAB7.10.0对WCGDV-Hop定位算法和DV-Hop定位算法进行仿真实验对比，仿真结果表明，WCGDV-Hop定位算法的平均定位误差和定位精度均明显优于DV-Hop定位算法，减小了节点的平均定位误差、提高了算法的定位精度。
【作者】付彩欣；
【导师】钱志鸿；
【作者基本信息】吉林大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】无线传感器网络；DV-Hop定位算法；归一化加权；算法选择；遗传算法；

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