亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        一種無需測距的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法研究

        2013-12-30 09:48:48托乎提努爾
        電子器件 2013年4期
        關(guān)鍵詞:跳數(shù)測距無線

        托乎提努爾,陳 曙

        (山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,濟南250100)

        無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)是由大量成本低廉的,具有感知能力、計算能力和無線通訊能力的傳感器節(jié)點組成的智能網(wǎng)絡(luò)。WSN節(jié)點一般被密集部署在特定的監(jiān)控區(qū)域內(nèi),節(jié)點間以無線、多跳的通信方式自組織網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),通過協(xié)同工作完成單個節(jié)點不能完成的全局任務(wù)[1]。

        節(jié)點定位是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)非常重要的技術(shù)之一,目前已經(jīng)提出了許多以獲取節(jié)點準確坐標位置為目的的定位算法。按照定位所采用的距離參數(shù)獲得方式,把定位算法分為基于測距算法(Range-based)和無需測距算法(Range-free)[2]?;跍y距的定位算法常用的測距技術(shù)有TOA或TDOA測距、AOA測距和RSSI測距[3-5]。Range-based定位算法對網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)施提出了較高的要求,同時通常需要多次測量,這些算法在獲得相對精確定位結(jié)果的時候,都要產(chǎn)生大量計算和通信開銷。因此,Range-free定位算法受到越來越多的關(guān)注。

        Range-free定位算法無需距離和角度信息,僅根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連通性和己知位置的錨節(jié)點信息來實現(xiàn)相對精確的定位功能。這種算法降低了對節(jié)點的硬件要求,使節(jié)點成本更適用于大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)[6],而且其定位性能受環(huán)境因素的影響較小。典型的算法包括質(zhì)心、DV-Hop[7]、Amorphous、APIT 等[8-9]。在DV-Hop定位算法中,錨節(jié)點廣播包含自身位置和跳數(shù)信息的分組,對于每個待定位節(jié)點,它只記錄到每個錨節(jié)點的最小跳數(shù),知道錨節(jié)點的位置和平均每跳距離,就可以利用三邊測量法或極大似然估計法計算自身位置。

        本文先簡要介紹DV-Hop算法的基本思想,分析和研究算法原理及誤差產(chǎn)生的主要原因,然后提出原來算法的改進方法,并給出仿真實驗的結(jié)果及其分析。

        1 DV-Hop定位算法

        DV-Hop定位算法,是一種基于距離矢量路由的無需測距定位算法,其基本思想是將未知節(jié)點到錨節(jié)點之間的距離用網(wǎng)絡(luò)每跳平均距離和兩者之間跳數(shù)之積表示,再使用三邊定位運算法獲得節(jié)點位置信息。

        1.1 算法的基本思想

        DV-Hop算法的定位過程分為3個階段[10-12]:

        (1)計算未知節(jié)點與每個錨節(jié)點的最小跳數(shù)。錨節(jié)點向鄰居節(jié)點廣播自身位置信息的分組,其中包括跳數(shù)字段,初始化為0。接收節(jié)點記錄到每個錨節(jié)點的最小跳數(shù),忽略來自同一個錨節(jié)點的較大跳數(shù)的分組。然后將跳數(shù)加1,并轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居節(jié)點。通過這個方法,網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點能夠記錄到每個錨節(jié)點的最小跳數(shù)。

        (2)計算未知節(jié)點和錨節(jié)點的每跳平均距離。

        每個錨節(jié)點根據(jù)第一階段中記錄的其他錨節(jié)點的位置信息和相距跳數(shù),利用式(1)估算平均每跳的實際距離。

        其中(xi,yi),(xj,yj)為錨節(jié)點i,j的坐標,hij是錨節(jié)點i與j之間的跳數(shù)。然后,錨節(jié)點將計算的每跳平均距離用帶有生存期字段的分組廣播至網(wǎng)絡(luò)中,未知節(jié)點僅記錄接收到的第一個每跳平均距離,并轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居節(jié)點。這個策略確保了大多數(shù)節(jié)點從最近的錨節(jié)點接收到每跳平均距離值。未知節(jié)點接收到每跳平均距離后,根據(jù)記錄的跳數(shù),計算到每個錨節(jié)點的跳段距離。

        (3)計算未知節(jié)點的位置。

        當未知節(jié)點獲得到附近錨節(jié)點的估計距離之后,通常采用三邊測量法進行位置估計。假設(shè)某一未知節(jié)點u坐標為(x,y)測得到n個錨節(jié)點的距離,第i個錨節(jié)點的坐標為(xi,yi),節(jié)點u到錨節(jié)點i的距離為di。根據(jù)上面的已知數(shù)據(jù),可以得到如式(2)所示的系統(tǒng)方程:

        由式(2)可得,

        未知節(jié)點u的坐標有如式(5)可以得到,

        1.2 算法存在的問題

        DV-Hop算法的不足有以下幾個方面:

        (1)在一個錨節(jié)點覆蓋范圍內(nèi),不管未知節(jié)點位置在哪兒,都算1跳,即1 Hop。如圖1所示,K是錨節(jié)點,A,B是未知節(jié)點,R是錨節(jié)點的通信半徑,根據(jù)DV-Hop算法計算KA=1 Hop,KB=1 Hop,即KA=KB,所以產(chǎn)生誤差。

        圖1 DV-Hop算法誤差示意圖

        (2)DV-Hop算法用錨節(jié)點間的直線距離來估算錨節(jié)點間信息通路的曲線距離,在計算最小跳數(shù)時,無論相鄰節(jié)點物理距離的遠或近,跳數(shù)值均只固定增加1,并不能反映距離的差別,因而導(dǎo)致定位結(jié)果存在較大的誤差。

        由于DV-Hop算法存在上面所說的定位誤差問題,在大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)中積累這些誤差產(chǎn)生很大的誤差,降低定位精度,很大程度上影響準確定位。所以減少誤差DV-Hop定位算法中的最關(guān)鍵問題。

        2 改進的DV-Hop定位算法

        本文提出了兩種改進方案,對DV-Hop算法的第2個,第3個階段進行修改,然后把兩種方法相結(jié)合,提出了一個新的DV-Hop算法。

        2.1 改進方法1

        錨節(jié)點的數(shù)量很大程度上影響WSN定位算法的精度,如果網(wǎng)絡(luò)中有較少數(shù)量的錨節(jié)點,定位誤差會增加。所以盡量提高參與某一未知節(jié)點定位的錨節(jié)點數(shù)量。本方法的主要思想是:第1步,第2步和原來的DV-Hop算法一樣。第3步,與錨節(jié)點直接相鄰的未知節(jié)點先定位,然后使其升級到錨節(jié)點,下次參與定位未知節(jié)點,擴展錨節(jié)點數(shù)量,然后再重新回到第1步計算,直到把全部未知節(jié)點定位為止重復(fù)運行。

        算法的具體流程如圖2所示。

        圖2 改進方法一的計算流程

        2.2 改進方法2

        為了提高定位精度,需要減少未知節(jié)點實際位置和估算位置的誤差。與未知節(jié)點距離最近的錨節(jié)點,對這個未知節(jié)點平均每跳距離的影響最大。首先求每跳距離平均值,然后計算改進的每跳平均距離,具體如下:

        其中,de是錨節(jié)點對未知節(jié)點作用離散之后的每跳距離,hui是錨節(jié)點之間的跳數(shù)n是錨節(jié)點個數(shù),unknown是未知節(jié)點個數(shù)。在改進的方法中提出了一種新的誤差修正值Ce計算錨節(jié)點之間的每跳平均距離誤差修正值如下:

        計算節(jié)點i,j之間的距離如下:

        其中,hhop(i,j)是節(jié)點i和j之間的跳數(shù)。

        用這種方法計算未知節(jié)點位置,和原來的DVHop算法相比更接近實際位置,我們能夠有效地減少平均每跳距離誤差對節(jié)點定位的影響,顯著提高定位精度。

        3 算法仿真與分析

        為了驗證改進算法的性能,本文對傳統(tǒng)DVHop定位算法和改進算法在MATLAB平臺上進行了仿真對比分析。假設(shè)仿真節(jié)點都隨機分布了一個二維平面上,在一個100 m×100 m的區(qū)域內(nèi),隨機布散200個節(jié)點,如圖3、圖4所示,其中錨節(jié)點的坐標信息是已知的,而未知節(jié)點需要通過計算得到。在仿真中對每種算法都隨機運行100次,然后取其整體定位誤差的平均值。

        圖3 節(jié)點隨機分布圖

        圖4 節(jié)點鄰居關(guān)系圖

        在圖5中,通信半徑R=30 m,分別選取了4、6、8、10、12、15、18 這7 種初始錨節(jié)點數(shù)量進行觀測和結(jié)果對比。從圖3中可以看出,隨著錨節(jié)點數(shù)量的增加,兩種算法的定位誤差都在降低。當錨節(jié)點數(shù)量為4~10時,兩種算法的定位誤差下降趨勢都很明顯,然后定位誤差下降趨勢減緩。在錨節(jié)點數(shù)量為4時,改進算法比原算法平均誤差降低了約19%。仿真結(jié)果表明,改進的定位算法有效地減少未知節(jié)點的定位誤差。

        圖5 錨節(jié)點數(shù)量和定位誤差

        在圖6中,在實驗區(qū)域內(nèi)保持錨節(jié)點數(shù)量為6,通信半徑從15 m變化到40 m,比較傳統(tǒng)DV-Hop算法和改進DV-Hop算法。從圖中可以看出,隨著節(jié)點通信半徑的增大,兩種算法的節(jié)點平均定位誤差都呈現(xiàn)遞減趨勢,當節(jié)點通信半徑較大時,這種下降趨勢明顯。在相同條件下,改進算法的平均定位誤差明顯小于傳統(tǒng)DV-Hop算法。當通信半徑為15時,兩種算法的平均誤差差距最小,但源算法的定位誤差仍高于改進算法。

        圖6 節(jié)點通信半徑和定位誤差

        4 結(jié)論

        本文針對傳統(tǒng)DV-Hop算法在節(jié)點隨機分布的網(wǎng)絡(luò)拓撲環(huán)境下存在較大誤差的問題,提出了一種改進DV-Hop定位算法。通過擴展錨節(jié)點數(shù)量和修正每跳平均距離,使得到的結(jié)果更加接近實際每跳距離。

        理論分析和算法仿真顯示,與傳統(tǒng)算法相比,在定位節(jié)點無須額外增加傳感器節(jié)點硬件開銷的條件下,可明顯提高節(jié)點定位的精度,同時具有良好的擴展性。因此,對于精度要求不高,硬件環(huán)境不足的定位應(yīng)用,它是一種實用,有效的選擇。對精度要求更高的環(huán)境中,需要我們將來進一步研究出應(yīng)用范圍更廣的新的定位算法。

        [1]楊石磊,樊曉平,劉少強,等.一種改進的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)DVHop定位算法[J].計算機測量與控制,2008,16(9):1356-1358.

        [2]石為人,賈傳江,梁煥煥.一種改進的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)DV-Hop定位算法[J].傳感技術(shù)學(xué)報,2011,24(1):83-87.

        [3]Niculescu D,Nath B.Ad Hoc Positioning System(APS)Using AOA[C]//IEEE Infocom,2003:1124-1136.

        [4]李曉維,徐勇軍,任豐原.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2007:191-221.

        [5]Wang Fubao,Shi Long,Ren Fengyuan.Positioning Systems and Algorithms for Wireless Sensor Network[J].Journal of Software,2004,16(5):45-49.

        [6]張品,孫巖.一種新的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)DV-Hop算法[J].電子器件,2010,33(1):117-120.

        [7]Niculescu D,Nath B.DV Based Positioning in Ad Hoc Networks[J].Telecommunication Systems,2003,22:267-280.

        [8]孫晶晶.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法的研究[D].西安電子科技大學(xué),8-29.

        [9]Wu Yanhai,Zhang Jia,Wu Nan.Improved Localization Algorithm in Wireless Sensor Networks[C]//2011 Fourth International Conference on Intelligent Computation Technology and Automation,2011,576-579.

        [10]Li Yuanyuan.Improved DV-HOP Location Algorithm Based on Local Estimating and Dynamic Correction in Location for Wireless Sensor Networks[J].International Journal of Digital Content Technology and Its Applications,2011,5(8):196-202.

        [11]Lu Qingling,Bai Mengliang,Zhang Wei.A Kind of Improved DVHop Algorithm[C]//The 2nd International Conference on Intelligent Control and Information Processing,2011,867-869.

        [12]Fang Wangsheng,Yang Guangyu.Improvement Based on DV-Hop Localization Algorithm of Wireless Sensor Network[C]//2011 International Conference on Mechatronic Science,Electric Engineering and Computer,2011,2421-2424.

        猜你喜歡
        跳數(shù)測距無線
        《無線互聯(lián)科技》征稿詞(2021)
        類星體的精準測距
        科學(xué)(2020年3期)2020-01-06 04:02:51
        無線追蹤3
        基于ARM的無線WiFi插排的設(shè)計
        電子制作(2018年23期)2018-12-26 01:01:08
        淺談超聲波測距
        電子制作(2017年7期)2017-06-05 09:36:13
        基于RSSI比例系數(shù)跳數(shù)加權(quán)的DV Hop定位算法
        跳數(shù)和跳距修正的距離向量跳段定位改進算法
        ADF7021-N在無線尋呼發(fā)射系統(tǒng)中的應(yīng)用
        電子制作(2016年15期)2017-01-15 13:39:03
        經(jīng)典路由協(xié)議在戰(zhàn)場環(huán)境下的仿真與評測
        基于PSOC超聲測距系統(tǒng)設(shè)計
        亚洲国产精品一区二区成人片国内 | 久久亚洲中文字幕精品一区| 国产免费av片在线播放 | 水蜜桃网站视频在线观看| 欧美性猛交99久久久久99按摩| 人妻少妇久久中文字幕一区二区| av一区无码不卡毛片 | 国产男女猛烈无遮挡免费视频| 国产免费一区二区av| 熟女一区二区中文字幕| 国产精品久久777777| 国产美女精品aⅴ在线| 久久精品亚洲国产成人av| 国产精品自线一区二区三区| 激情航班h版在线观看| 91久久久久无码精品露脸 | 日本女优久久精品观看| 亚洲av无码乱码在线观看牲色| 欧美丰满大乳高跟鞋| 亚洲AV无码一区二区水蜜桃| 野花视频在线观看免费| 免费高清av一区二区三区| 欧美日韩国产免费一区二区三区欧美日韩 | 亚洲精品一品二品av| 91精品国产福利在线观看麻豆| 凹凸在线无码免费视频| 亚洲AV无码久久久一区二不卡| 亚洲精品综合一区二区| 免费人成小说在线观看网站 | 亚洲精品国产字幕久久vr| 日韩精品一级在线视频| 久久久久亚洲av成人人电影| 亚洲 欧美精品suv| 粉嫩国产白浆在线播放| 青青草在线这里只有精品| 男人靠女人免费视频网站| 成年奭片免费观看视频天天看| 午夜免费观看一区二区三区| 国产午夜毛片v一区二区三区| 欧美精品在线一区| 青青草视频在线观看9|