廖惜春，楊志高，任敬哲

(五邑大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，廣東江門(mén)529020)

近年來(lái)，隨著射頻通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式技術(shù)的迅速發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)在國(guó)防軍事、交通管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用和深入研究。其中，在目標(biāo)跟蹤、環(huán)境監(jiān)測(cè)等應(yīng)用領(lǐng)域中，節(jié)點(diǎn)的位置信息至關(guān)重要。只有確定節(jié)點(diǎn)的確切位置，才能詳細(xì)地表征“在什么地點(diǎn)發(fā)生了什么事件”。若缺少節(jié)點(diǎn)的位置信息，則感知到的數(shù)據(jù)可能失去應(yīng)用價(jià)值。因此傳感器節(jié)點(diǎn)在隨機(jī)播撒后，通過(guò)定位技術(shù)確定節(jié)點(diǎn)位置是十分必要的。

定位技術(shù)是WSN的核心技術(shù)之一。WSN的定位算法，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中所需定位機(jī)制的不同，分成基于測(cè)距算法(Range-based)和無(wú)需測(cè)距算法(Range-free)兩大類(lèi)。其中，基于測(cè)距的定位機(jī)制需要利用未知節(jié)點(diǎn)至信標(biāo)點(diǎn)之間的距離或角度信息，采用三角測(cè)量法、三邊測(cè)量法或最大似然估計(jì)法，計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)位置。而無(wú)需測(cè)距的定位機(jī)制則不需要預(yù)先知道未知節(jié)點(diǎn)至信標(biāo)點(diǎn)之間的距離和角度信息，只需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間鄰近關(guān)系或節(jié)點(diǎn)的連通性等信息實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)定位。如質(zhì)心、APIT(Approximate Point-in-triangulation Test)定位、DV-Hop(Distance Vector-Hop)定位、Amorphous和MSD-MAP。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備的限制，無(wú)需測(cè)距的定位算法得到廣大學(xué)者的關(guān)注。

DV-Hop算法的“無(wú)需測(cè)距定位法”是研究人員關(guān)注較多的算法之一。學(xué)者們針對(duì)其定位精度較低的缺點(diǎn)，提出了許多改進(jìn)方法，但尚未達(dá)到理想效果。文獻(xiàn)［1］采用的算法，雖然具有較高的定位精度，但通信開(kāi)銷(xiāo)和計(jì)算量都較大。如果將RSSI引入DV-Hop算法，雖然可以提高定位精度，但增加了節(jié)點(diǎn)的硬件開(kāi)銷(xiāo)。文獻(xiàn)［2］采用遺傳算法和模擬退火算法對(duì)DV-Hop算法進(jìn)行改進(jìn)，雖然降低了定位誤差，但是算法復(fù)雜，能源消耗多。文獻(xiàn)［3］提出采用粒子群優(yōu)化的方法，但是該改進(jìn)算法需要測(cè)量信號(hào)的方向，從而需要添加相應(yīng)硬件設(shè)備，增加了節(jié)點(diǎn)的硬件成本。文獻(xiàn)［4］先獲得網(wǎng)絡(luò)中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的平均跳距，再計(jì)算每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的平均跳距，進(jìn)而獲得這兩個(gè)平均跳距之間的誤差，從而修正全網(wǎng)的平均跳距。文獻(xiàn)［5］針對(duì)DV-Hop定位算法在不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)中的定位精度進(jìn)行改進(jìn)，考慮了未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的路徑可能與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的路徑重合這一特性，對(duì)平均跳距進(jìn)行修正，在一定程度上提高了定位精度，但是由于考慮的因素較少，所以定位精度提高的不是太明顯。

本文在對(duì)DV-Hop定位算法進(jìn)行研究分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)總結(jié)大量改進(jìn)算法的優(yōu)缺點(diǎn)之后，提出了基于鄰居節(jié)點(diǎn)相似度的DV-Hop改進(jìn)算法。通過(guò)仿真分析，結(jié)果表明:算法可在無(wú)需增加節(jié)點(diǎn)硬件以及通信開(kāi)銷(xiāo)的基礎(chǔ)上，提高節(jié)點(diǎn)的定位精度。

1 DV-Hop定位算法

1.1 DV-Hop 算法描述

DV-Hop算法的核心思想為將未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間平均跳距和未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的最小跳數(shù)的乘積來(lái)表示。然后通過(guò)三邊測(cè)量法或者最大似然估計(jì)法求出未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。定位的過(guò)程主要分為以下3個(gè)階段［6］:

1)測(cè)量未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的最少跳數(shù)。采用經(jīng)典的距離交換協(xié)議，使監(jiān)測(cè)區(qū)域中所有未知節(jié)點(diǎn)獲取與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的跳數(shù)信息。

2)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的估計(jì)距離。每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)獲得自身到其他信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)以及其他信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)后，計(jì)算信標(biāo)節(jié)點(diǎn)i平均每跳的距離，稱(chēng)為平均跳距di，計(jì)算公式為

式中:xi，yi為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)i的坐標(biāo);hij為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)i和j之間的最少跳數(shù)。

然后，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)將計(jì)算獲得的平均跳距di以廣播的形式通知網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)。

3)估計(jì)未知節(jié)點(diǎn)位置。未知節(jié)點(diǎn)利用到各個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的最少跳數(shù)和平均跳距，求自身的估計(jì)坐標(biāo)。假設(shè)(x，y)是未知節(jié)點(diǎn)N的坐標(biāo)，(xi，yi)是第i個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。未知節(jié)點(diǎn)N與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)i之間的估計(jì)距離為di，并且將未知節(jié)點(diǎn)N和網(wǎng)絡(luò)中所有信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的估計(jì)距離表達(dá)式整合成方程組，則有

將上述n個(gè)二元二次方程，轉(zhuǎn)化為AX=b的形式。其中

方程AX=b用標(biāo)準(zhǔn)最小二乘法求解得位置節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)為

1.2 DV-Hop 算法的不足

1)DV-Hop算法中，平均跳距是通過(guò)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的最小跳數(shù)和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離獲得。實(shí)際中，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離為直線距離，最小跳數(shù)的每跳不一定在同一直線上，且每跳的跳距是不同的。如圖1所示。DV-Hop算法將信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離和最小跳數(shù)之商作為平均跳距。這一平均跳距會(huì)由于網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)稀疏程度和連通度的不同而出現(xiàn)不同程度的誤差。

圖1 節(jié)點(diǎn)多跳通信鏈路圖

2)用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的平均跳距與未知節(jié)點(diǎn)和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的最小跳數(shù)的乘積，代替未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)際距離。其中未知節(jié)點(diǎn)和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的最小跳數(shù)的通信路徑并非呈直線分布，且節(jié)點(diǎn)間跳距不同。所以通過(guò)此步驟獲得距離也會(huì)引入誤差。

2 DV-Hop改進(jìn)定位算法

2.1 相關(guān)定義

1)鄰居節(jié)點(diǎn):在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)都有一定的通信半徑，處于此范圍之內(nèi)的節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為該節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)。

2)鄰居節(jié)點(diǎn)相似度:無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)信息交換，獲取自身的鄰居節(jié)點(diǎn)ID號(hào)列表，并且和其他節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)列表作比較，節(jié)點(diǎn)間的鄰居節(jié)點(diǎn)列表中的節(jié)點(diǎn)ID號(hào)相同的數(shù)目越大，鄰居節(jié)點(diǎn)的相似度越大，其值為式中:δ可以改變節(jié)點(diǎn)間鄰居列表中ID號(hào)相同的節(jié)點(diǎn)數(shù)目對(duì)鄰居節(jié)點(diǎn)相似度的影響;Numcom指的是節(jié)點(diǎn)間鄰居列表中ID號(hào)相同的節(jié)點(diǎn)數(shù)目;Numi和Numj分別指未知節(jié)點(diǎn)i和j的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目。

2.2 改進(jìn)算法要點(diǎn)

2.2.1 單跳節(jié)點(diǎn)處理

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中可以通過(guò)單跳直接和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信的未知節(jié)點(diǎn)。在DV-Hop中全部采用網(wǎng)絡(luò)中鄰近信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的平均跳距作為距離，實(shí)際中，網(wǎng)絡(luò)中較多的未知節(jié)點(diǎn)可以和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)直接通信，如圖2所示。未知節(jié)點(diǎn)和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離也不盡相同。使用平均跳距作為這些節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離，從而導(dǎo)致信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)區(qū)分度單一，而引入較大的誤差。所以，本論文在此處引入修正方法。

圖2 信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)

本文提出鄰居節(jié)點(diǎn)相似度的概念，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息交換獲取節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)列表后，根據(jù)式(7)可以求出節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j的鄰居節(jié)點(diǎn)相似度εij。

對(duì)單跳節(jié)點(diǎn)進(jìn)行修正后的距離為

2.2.2 多跳節(jié)點(diǎn)處理

余弦定理:已知三角形兩邊之長(zhǎng)及其夾角，可以求得第三邊的長(zhǎng)度。

根據(jù)余弦定理，在節(jié)點(diǎn)ABC組成的三角形中，如圖3所示。本文假設(shè)知道AB和BC的長(zhǎng)度，以及∠ABC的度數(shù)θ。就可以根據(jù)余弦定理，求出AC的長(zhǎng)度，這樣就將節(jié)點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)C之間的折線通信路徑轉(zhuǎn)化為求直線AC的長(zhǎng)，表達(dá)式為

圖3 節(jié)點(diǎn)通信等效模型

未知節(jié)點(diǎn)間單跳跳距的修正方法，采用單跳節(jié)點(diǎn)處理方式，根據(jù)未知節(jié)點(diǎn)ABC的鄰居節(jié)點(diǎn)列表和式(7)、式(8)求出節(jié)點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)B到節(jié)點(diǎn)C的距離。

節(jié)點(diǎn)間的距離越近則鄰居節(jié)點(diǎn)的相似度越高，而節(jié)點(diǎn)距離越遠(yuǎn)，鄰居節(jié)點(diǎn)的相似度越低。所以，本文將通過(guò)節(jié)點(diǎn)間鄰居節(jié)點(diǎn)的相似度來(lái)調(diào)整夾角θ的度數(shù)。如圖4所示，節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j恰好處于彼此的通信半徑之外時(shí)，節(jié)點(diǎn)k通過(guò)多跳模式傳遞信息，當(dāng)節(jié)點(diǎn)k距離節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j距離最遠(yuǎn)時(shí)，此時(shí)∠ikj的度數(shù)最小，且近似等于。

圖4 節(jié)點(diǎn)通信夾角最小情況

如圖5所示，節(jié)點(diǎn)i，j恰好位于各自通信半徑邊緣處，且節(jié)點(diǎn)k位于此交集處。此時(shí)，節(jié)點(diǎn)i，k，j組成一條直線，通信夾角最大，近似為π。節(jié)點(diǎn)i，j的距離最遠(yuǎn)。

圖5 節(jié)點(diǎn)通信夾角最大情況

式中:εij通過(guò)式(7)獲得;γ為鄰居節(jié)點(diǎn)相似度所占權(quán)重值，改變其大小可以改變?chǔ)迷谕ㄐ艎A角中的影響程度，γ值大小根據(jù)具體網(wǎng)絡(luò)連通情況和節(jié)點(diǎn)的疏密程度而定。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的任意三個(gè)通信節(jié)點(diǎn)ABC，如圖3所示。通過(guò)式(8)獲得AB和BC的長(zhǎng)度，再通過(guò)式(10)獲取AB和BC的夾角。根據(jù)余弦定理，帶入式(9)，方可將實(shí)際中的折線通信距離轉(zhuǎn)化為求直線距離，減少了由于折線通信帶來(lái)的誤差。

2.3 改進(jìn)算法實(shí)現(xiàn)

1)計(jì)算全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間的最小跳數(shù)

信標(biāo)節(jié)點(diǎn)向鄰居節(jié)點(diǎn)以廣播的形式發(fā)送一個(gè)信標(biāo)，包括位置信息字段和鄰居節(jié)點(diǎn)列表字段。其中位置信息字段包括自身坐標(biāo)、ID號(hào)和跳數(shù)值，跳數(shù)值初始化為0。鄰居節(jié)點(diǎn)列表字段包括通信半徑內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)的ID和鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，初始化為NULL。

節(jié)點(diǎn)收到其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的信息后，位置信息字段更新坐標(biāo)和ID號(hào)，同時(shí)跳數(shù)值加1;鄰居節(jié)點(diǎn)列表字段將接收到的位置信息中的ID號(hào)取出，存入鄰居節(jié)點(diǎn)列表中，鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目加1，并繼續(xù)向其他鄰居節(jié)點(diǎn)廣播，通過(guò)這種泛洪方式向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳播數(shù)據(jù)。若節(jié)點(diǎn)收到來(lái)自同一個(gè)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)信息，則比較其跳數(shù)值，只保留最小跳數(shù)值的信息，這樣就保證了所得到的跳數(shù)值是到網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的最短路徑。

經(jīng)過(guò)此階段，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都獲得各個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以及鄰近節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)和個(gè)數(shù)。以及它到各節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)。

2)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際跳距

每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)根據(jù)第一步中獲取的到其他信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置信息和跳數(shù)，利用式(1)估計(jì)平均跳距di。

信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)中的未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)式(7)求出未知節(jié)點(diǎn)和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的相似度εi。并且將εi帶入到式(8)中修正di為d'i。

通過(guò)多跳間接和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信未知節(jié)點(diǎn)，距離修正處理如下:

對(duì)于和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信的節(jié)點(diǎn)采用兩跳通信的未知節(jié)點(diǎn)。首先，采用式(7)和式(8)修正未知節(jié)點(diǎn)i與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)j之間的單跳距離d'ij，然后結(jié)合信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)j和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)B(即信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn))之間的修正距離d'jB。再根據(jù)式(10)求出未知節(jié)點(diǎn)i和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)B通過(guò)節(jié)點(diǎn)j通信的夾角θiB，帶入到式(9)中得到兩跳通信修正距離d'iB。表達(dá)式為

對(duì)于通過(guò)三跳或三跳以上和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信的節(jié)點(diǎn)采用和兩跳距離修正同樣的方法，先求出兩跳路徑后，再相互結(jié)合，直到獲取源節(jié)點(diǎn)到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)距離。通過(guò)此修正方法，使全網(wǎng)中的未知節(jié)點(diǎn)獲得到各個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的修正距離。

3)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)

將2)獲取的未知節(jié)點(diǎn)到各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的修正距離，代入到式(2)中，使用最小二乘法，求得未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。

3 仿真結(jié)果極其分析

檢測(cè)區(qū)的范圍是100 m×100 m的正方形區(qū)域，隨機(jī)播撒100個(gè)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的通信半徑為R。δ和γ根據(jù)監(jiān)測(cè)區(qū)域節(jié)點(diǎn)分布的疏密程度和連通度分別設(shè)置為0.9和1。未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)與實(shí)際坐標(biāo)之間的相對(duì)定位誤差表示為

式中:erri代表每個(gè)未知節(jié)點(diǎn)的誤差;UN代表未知節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

通過(guò)對(duì)DV-Hop、參考文獻(xiàn)［5］算法、參考文獻(xiàn)［7］算法、本文算法進(jìn)行仿真，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。從而證明了本文算法的有效性與可行性，圖6～圖9給出了網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通信半徑不同時(shí)，隨著網(wǎng)絡(luò)中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)比例變化，三種算法的定位誤差比較結(jié)果。

圖6 R=30 m時(shí)定位誤差隨參考節(jié)點(diǎn)比例變化的情況

圖7 R=25 m時(shí)定位誤差隨參考節(jié)點(diǎn)比例變化的情況

圖8 R=20 m時(shí)定位誤差隨參考節(jié)點(diǎn)比例變化的情況

從圖中可以看出在相同的通信半徑下，本文改進(jìn)算法和文獻(xiàn)［5］、文獻(xiàn)［7］的算法的定位誤差距均低于DV-Hop定位算法。通信半徑為30 m時(shí)，本文的改進(jìn)算法比DV-Hop定位算法在相對(duì)定位誤差上降低了33.34% ～35.35%。比文獻(xiàn)［5］、文獻(xiàn)［7］定位算法降低了10.06% ～21.41%。且各個(gè)算法的定位誤差隨著信標(biāo)節(jié)點(diǎn)比例的增加，定位誤差都不斷減小，且趨于平穩(wěn)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)目一定時(shí)，隨著節(jié)點(diǎn)的通信半徑減小，節(jié)點(diǎn)的定位誤差也隨之減小。如當(dāng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的比例為10%，節(jié)點(diǎn)的通信半徑分別為30 m時(shí)，DV-Hop定位算法獲得的未知節(jié)點(diǎn)的相對(duì)定位誤差為92.22%［5］，文獻(xiàn)［5］定位算法獲得結(jié)果為76.26%，文獻(xiàn)［7］定位算法獲得結(jié)果為78.14%，本文改進(jìn)定位算法結(jié)果為58.48%;在不同的通信半經(jīng)中，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)比例小于10%時(shí)，改進(jìn)算法較DV-Hop定位算法的定位誤差降低了約32% ～35%，且與文獻(xiàn)［5］和文獻(xiàn)［7］的定位算法獲得的定位誤差降低了約18% ～20%。

圖9 R=15 m時(shí)定位誤差隨參考節(jié)點(diǎn)比例變化的情況

算法復(fù)雜度分析:文獻(xiàn)［1］將RSSI引入DV-Hop算法，在復(fù)雜度上增加了節(jié)點(diǎn)關(guān)于RSSI強(qiáng)度值計(jì)算的相關(guān)部分，并且算法需要額外的硬件成本。而文獻(xiàn)［2］和文獻(xiàn)［3］雖然采用了經(jīng)典的遺傳算法、模擬退火算法和粒子群優(yōu)化的方法對(duì)DV-Hop算法進(jìn)行改進(jìn)，這樣極大地增加了算法的復(fù)雜度，同時(shí)能源消耗多。同時(shí)文獻(xiàn)［3］還需要添加硬件設(shè)備，增加了硬件成本。文獻(xiàn)［5］主要針對(duì)未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的路徑可能與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的路徑重合這一點(diǎn)進(jìn)行修正，一定程度上提高定位精度，算法復(fù)雜度較低，但是由于考慮的因素較少，所以定位精度提高的不是太明顯。本文算法通過(guò)鄰居節(jié)點(diǎn)列表的比較，獲取鄰居節(jié)點(diǎn)相似度，并在此基礎(chǔ)上對(duì)節(jié)點(diǎn)的跳距進(jìn)行修正，在此處略加大算法復(fù)雜度。但是節(jié)點(diǎn)定位精度卻得到較大的提高。

綜上所述，本文的改進(jìn)定位算法，無(wú)論是相當(dāng)于傳統(tǒng)的DV-Hop定位算法還是文獻(xiàn)［5］的定位算法，均在節(jié)點(diǎn)的相對(duì)定位誤差上都有了較大幅度的降低。

4 結(jié)論

本文針對(duì)DV-Hop定位算法在單跳通信中，處理信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)距離沒(méi)有區(qū)分度，統(tǒng)一采用平均跳數(shù)與單跳之積的形式表示，以及多跳通信中該算法沒(méi)有考慮折線通信，依然采用同樣的方式處理，從而導(dǎo)致該算法的定位精度較低的情況。同時(shí)，這一點(diǎn)也是文獻(xiàn)［5］沒(méi)有考慮到的。本文提出了鄰居節(jié)點(diǎn)相似度的概念，并應(yīng)用此概念分別對(duì)單跳節(jié)點(diǎn)(鄰居節(jié)點(diǎn))的距離進(jìn)行修正，克服了DV-Hop定位算法在處理單跳節(jié)點(diǎn)時(shí)，采用同樣的距離表示距離信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離;在多跳通信中，結(jié)合余弦定理將DV-Hop和文獻(xiàn)［5］中的折線距離代替實(shí)際中的直線距離，轉(zhuǎn)化為求直線距離的運(yùn)算，同時(shí)修正了多跳通信中每一跳的距離。使得本算法在定位過(guò)程中增加了節(jié)點(diǎn)跳距區(qū)分度，克服了DV-Hop定位算法和文獻(xiàn)［5］定位算法較單一的計(jì)算。由于本算法中的鄰居節(jié)點(diǎn)相似度綜合考慮了網(wǎng)絡(luò)的連通度和節(jié)點(diǎn)的疏密程度等因素，且可根據(jù)實(shí)際情況作出相應(yīng)的調(diào)整。所以本算法的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值較高且具有較好的魯棒性。

但是，改進(jìn)后的算法在提高定位精度的同時(shí)增加了算法復(fù)雜度，并且網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)列表的存取上需要占用節(jié)點(diǎn)額外的內(nèi)存空間。這些不完善之處還需要后續(xù)進(jìn)一步改進(jìn)和深入研究。

［1］劉艷文，王福豹，段渭軍，等.基于DV-Hop定位算法和RSSI測(cè)距技術(shù)的定位系統(tǒng)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2007，27(3):516-527.

［2］趙仕俊，孫美玲，唐懿芳.基于遺傳模擬退火算法的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2009，26(10):189-192.

［3］王馭鳳，王巖.基于矢量和粒子群優(yōu)化的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2009，29(1):309-311.

［4］林金朝，劉海波，李國(guó)軍，等.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中DV-Hop節(jié)點(diǎn)定位改進(jìn)算法研究［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2009，26(4):1272-1275.

［5］沈明玉，張寅.基于改進(jìn)的平均跳距和估計(jì)距離的DV-Hop定位算法［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2011，28(2):648-650.

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［7］林金朝，劉海波，李國(guó)軍，等.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中DV-Hop節(jié)點(diǎn)定位改進(jìn)算法研究［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2009，26(4):1272-1275.