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1、注 文本框可根据需求改变颜色 移动位置 文字可编辑 无线传感网络DV HOP节点定位 算法研究 姓名 王家宣 学号 1242152128 班级 12信管 1 班 目 录 1背景介绍 4 仿真模拟 3 DV HOP定位算法 2 定位技术分类 5结束语 定位技术的研究意义 无线传感器网络与传统的有限传感器相比 有许多优势 具有较小的体积 消耗能量较少 自身的组织方式较简 单 无需专人值守 以及具备比较高的容错性等 不仅能 够减少网络部署的时间 降低部署成本 还能部署于传统 有限传感器无法应用的区域 节点的感知数据必须与位置相结合 离开位置信息 感 知数据是没有意义的 因此它在国防军事 环境监测 工
2、业监控 健康医疗 大数据 云计算 智能家居 公 共安全等领域得到了越来越深入的应用 背景 无线传感器网络 指一种在监测区域内随机部署的传感器节点通过无线通信方式形成 的多跳 自组织的分布式网络 分散控制 效率高 资源共享 DV Hop定位机制由美国路特葛斯大学的 Dragos Niculescu等人提出的 DV Hop算法 是为了避免对节点间的距离直接进行测量而提 出的一种基于距离矢量路由 根据目的地远近 决定最好路径 的非测距定位算法 非常类似 于传统网络中的距离向量路由 从相邻站点收 集网络列表 来路由选择 机制 无线传感网络DV HOP定位 定位技术的分类 根据定位过程中是否需要测量实际
3、节点间 的距离 定位算法可分为基于测距 Range Based 的定位算法和无需测距 Range Free 的定 位算法 需要测量相邻节点间的 绝对距离或方位 并利 用节点间的实际距离来 计算未知节点的位置 无需这些测量信息 而 是根据网络连通性等信 息 利用节点间的估计 距离计算节点位置 无需测距的定位 基于测距的定位 定位的分类 特点比较 定位精度相对较高 但对额外的硬件设施 要求也比较高 成本低 功耗小 抗测量噪声能力强 硬件设备简单 无需测距技术的定 位 基于测距的定位 DV Hop算法基本思想 1 通过距离矢量路由方法使未知节点获得 与信标节点之间的最小跳数 2 并计算出每跳的平均距
4、离 然后以每跳 平均距离和最小跳数的乘积作为未知节点 与信标节点之间的估计距离 3 再利用三边测量法获得未知节点的位置 估算 三边测量法 三角测量法 极大似然估计法 节点定位基本计算方法 单击此处编辑母版标题样式 11 单击此处编辑母版副标题样式 节点定位基本计算方法 三边测量法 若在测距过程中存在误差 上述三个圆无法交 于一点 用存在误差的d1 d2 d3去解上述方程 时便无法得到正确解 因此 在实际计算坐标 时 一般不采用上述解方程的方法 而采用极 大似然估计或其他数值解法 三边测量法缺点 三角测量法 已知A B C三个节点的坐标 节点D相对于 节点A B C的角度 确定节点D的坐标 转换
5、为三边测量法 极大似然估计法 已知1 2 3等n个节点的坐标 及它们到未知 节点D到距离 确定节点D的坐标 最小均方差估计算法 极大似然估计法 使用标准的最小二乘法可以得到未知节点的坐标为 DV HOP算法 DV HOP定位算法具有方法简单 定位精 度较高的特点 它是利用距离矢量路由和GPS 定位的思想提出的一系列分布式定位方法之一 指依赖节点间的信息 交换和协调 由节点 自行计算的定位方式 DV HOP算法的3个阶段 算法基本思想 第1阶段 网络中的各参考节点通过典型的距离矢量交 换协议向邻居节点广播自身位置信息分组 使得网络中 的所有节点获得距参考节点的最小跳数信息 左图是一个由9个节点组
6、 成的小型传感器网络 L1 L2 L3 为三个参考节点 剩余的都为未知节点 对节 点A定位 DV HOP算法的3个阶段 为锚节点i与锚节点j的坐标 为锚节点i与锚节点j之间的实际距离 为锚节点i到锚节点j之间的跳数 以锚节点i为基准 计算出的平均每跳距离 M 锚节点总个数 锚节点i的平均每跳距离的权值 第1阶段 DV HOP算法的3个阶段 无偏估计准则 第2阶段 每个参考节点利用其它参考节点的位置信息和相 隔最小跳数来计算平均每跳距离 并将其作为一个校正值广 播至网络中 当接收到校正值后 节点根据跳数计算与参考 节点之间的距离 第2阶段 平均每跳距离 当获得每个参考节点的平均每跳距离后 需要将
7、其广播至网 络中的其他节点 采用flooding算法 未知节点接收到的平均每跳距离有两种方法 方法1中未知 节点仅记录接收到的第1个平均每跳距离 并转发给邻居节 点 方法2中未知节点记录其到每个参考节点的不同的平均 每跳距离 方法1确保了绝大多数节点从最近的参考节点接收平均每跳 距离值 也就是说 在方法1中将从最近参考节点接收的平 均每跳距离作为整个网络的平均每跳距离 但由于网络中节 点分布的随机性 需要尽可能多地利用网络中的信息 采用 方法2将具有比采用方法1更优越的性能 第2阶段 平均每跳距离 归一化处理得到权值 通过这个加权过程 使得定位节点的平均每跳距离能 从多个信标节点的平均每跳距离
8、中得到反映 使得定位节 点的平均每跳距离更接近于网络的实际平均每跳距离 权值 每跳距离 第2阶段 最小均方误差准则 每个参考节点利用其它参考节点的位置信息和相隔最小 跳数来计算平均每跳距离 并将其作为一个校正值广播至 网络中 当接收到校正值后 节点根据跳数计算与参考节 点之间的距离 DV HOP算法的3个阶段 第3阶段 当未知节点获得与3个或更多参考节点的距 离时 根据三边测量法或极大似然估计法来计算未知节 点的位置 单击此处编辑母版标题样式 24 单击此处编辑母版副标题样式 1 一 单击此处编辑母版标题样式 25 单击此处编辑母版副标题样式 2 性能指标 1 节点密度 一般来说 网络中节点密
9、度越大 定位精度越高 DV Hop算法只能在节点分布比较密集的无线传感器 网络中才能合理地估算平均每跳距离 然后才能较准 确地估算出节点的位置 2 锚节点密度 因为人工部署锚节点的方式受到网络所处自然环境 的限制 而搭载GPS模块的锚节点成本会比普通节点高 两个数量级 这些都限制了锚节点在整个网络中所占的 比例不能太大 3 定位能耗 因此我们在可以容忍的定位精度范围内 尽量的 减少电源能量损耗 需要减少电源能量在通信 计算 和存储方面的消耗 性能指标 4 覆盖率 我们将无线传感器网络中可实现定位的未知节 点与网络一开始投放的总的未知节点数的比值定义 为定位算法的覆盖率 我们研究自定位算法和系统 的目地是最大程度地实现未知节点的精确定位 MATLAB 仿真模拟DV HOP算法 基于MATLAB仿真模拟DV HOP定位算法 MATLAB仿真结果 通过MATLAB仿真分析可以看出 DV HOP算法只是一种基本的定 位算法 仍有较大误差 还需要 改进 结束语 本文只是对无线传感器网 络DV HOP定位算法进行简 单介绍 限于能力有限没 有深入学学习 网络定位 算法很值得我们学习研究 谢谢
