DV-Hop定位算法研究.ppt

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1、DV-Hop定位算法研究01.引言02.DV-HOP定位算法03.基于錨節(jié)點部署的DV-Hop改進算法04.MATLAB仿真分析目錄Part01引言引言01網(wǎng)絡在初始化階段具有相對某全局坐標系的已知位置信息的傳感器節(jié)點，可以為其它傳感器節(jié)點提供位置參考，在有些文獻中也稱為信標節(jié)點或?qū)斯?jié)點(BeaconNodes)。通常錨節(jié)點在節(jié)點總數(shù)中所占比例比較小，可以通過裝配GPS模塊或者人工配置等方式來預先獲得精確位置信息。錨節(jié)點(AnchorNodes):圖1-1傳感器網(wǎng)絡中的錨節(jié)點和未知節(jié)點，黑色代表錨節(jié)

2、點，白色代表未知節(jié)點所有的傳感器節(jié)點中除了錨節(jié)點以外的節(jié)點稱之為未知節(jié)點。這些節(jié)點不能預先獲得自身位置信息,需要通過節(jié)點定位來獲得相應的位置信息，有些文獻中也稱之為盲節(jié)點(BlindNode)。未知節(jié)點(UnknownNodes)：——基本概念及術語01引言——節(jié)點定位算法分類基于測距定位方法無需測距定位方法需要測量相鄰節(jié)點間的絕對距離或方位，并利用節(jié)點間的實際距離來計算未知節(jié)點的位置；在理想的通信環(huán)境下，不考慮傳感器節(jié)點的成本和功耗的前提下，能夠獲得精確的定位結果；需要傳感器節(jié)點用一些附加的硬件，必

3、然增加整個網(wǎng)絡的成本；通過獲取電波信號參數(shù)，如RSSI、TOA、TDOA、AOA等，再計算節(jié)點或目標的位置。無需測量節(jié)點間的絕對距離或方位，利用節(jié)點間估計的距離計算節(jié)點位置；硬件設備簡單，網(wǎng)絡成本低，功耗小，受環(huán)境因素影響較?。坏湫退惴ㄓ匈|(zhì)心定位算法、DV-Hop算法、APIT算法、凸規(guī)劃定位算法等。Part02DV-HOP定位算法02DV-HOP定位算法——核心思想核心思想DV-HOP定位算法的核心思想是未知節(jié)點通過錨節(jié)點廣播信息的方法獲得未知節(jié)點和錯節(jié)點之間的最小跳數(shù)，并計算單跳矯正值，以最小跳數(shù)

4、和單跳矯正值的乘積作為未知節(jié)點和錨節(jié)點之間的估計距離。02DV-HOP定位算法——算法步驟（1）（1）計算未知節(jié)點與錨節(jié)點間的最小跳數(shù)采用典型的距離矢量路由交換協(xié)議，錨節(jié)點向鄰居節(jié)點廣播錨節(jié)點信息,包含錨節(jié)點ID、坐標和跳數(shù)(初始值為0)。收到送些信息的傳感器節(jié)點記錄錨節(jié)點的相關信息，并且將對應的跳數(shù)值加1，然后轉(zhuǎn)發(fā)給它的鄰居節(jié)點，這樣網(wǎng)絡中的所有節(jié)點能夠記錄每個錨節(jié)點的位置和對應的最小跳數(shù)。為了減少網(wǎng)絡通信量，節(jié)點可以丟棄無效的錨節(jié)點信息。如果某個未知節(jié)點己經(jīng)記錄了某個錨節(jié)點的相關信息，則進行跳數(shù)判

5、斷，如果接收到信息中的跳數(shù)加1不小于該未知節(jié)點己經(jīng)記錄的最小跳數(shù)，則認為這條信息是無效的，丟棄而且不轉(zhuǎn)發(fā)此消息。02DV-HOP定位算法——算法步驟（2）（2）計算未知節(jié)點與錨節(jié)點的實際跳段距離錨節(jié)點在第一階段中記錄了其它錨節(jié)點的坐標和最小跳數(shù)，如果想獲得未知節(jié)點的位置，我們還需要估計每跳的平均距離,又稱之為單跳矯正值：其中，(是錨節(jié)點，的坐標，是錨節(jié)點與（）之間的跳段數(shù)。然后錨節(jié)點將自己的單跳矯正值廣播給自己的鄰居節(jié)點，鄰居節(jié)點進行轉(zhuǎn)發(fā)，最終所有節(jié)點都可以接收到錨節(jié)點的單跳矯正值。未知節(jié)點將離其最近

6、的錨節(jié)點的單跳矯正值作為其計算估計距離的單跳矯正值，然后根據(jù)記錄的最小跳數(shù)估算它到錨節(jié)點的距離02DV-HOP定位算法——算法步驟（3）（3）利用三邊測量法或者極大似然估計法計算自身位置未知節(jié)點利用第二階段獲得到各個錨節(jié)點的估計距離，然后根據(jù)三邊測量法或者最大似然估計法可以計算其估計坐標。三邊測量法：極大似然估計法類似于三邊測量法，不同的是未知節(jié)點知道到三個以上錨節(jié)點之間的距離。CDBA02DV-HOP定位算法——算法舉例A舉例說明：如右圖所示，已知錨節(jié)點與之間的距離和跳數(shù)；由計算得到平均每跳

7、距離：（40+75）/（2+5）=16.42；假設A從獲取平均每跳距離，則它與三個節(jié)點之間的距離分別為：3*16.42，：2*16.42，：3*16.42；然后使用三邊測量法確定節(jié)點A的位置。40m75m100m02DV-HOP定位算法——應用背景及優(yōu)、缺點優(yōu)點缺點算法結構簡單易實現(xiàn)，計算量??；擴展性好；無需精確的測距方式，硬件要求低，成本低。性能受節(jié)點密度影響大，節(jié)點密度大，精確度高；錨節(jié)點定位分布情況影響定位精度。應用背景大規(guī)模網(wǎng)絡中，目標節(jié)點無法與足夠多的錨節(jié)點直接通信；節(jié)點隨機部署，只有錨節(jié)點

8、可以精確定位。Part03基于錨節(jié)點部署的DV-Hop定位算法03基于錨節(jié)點部署的DV-Hop定位算法——問題描述錨節(jié)點需要廣播兩次消息到整個無線傳感器網(wǎng)絡才能完成定位計算：第一次用來獲得節(jié)點之間的最小跳數(shù)；第二次是用來廣播錨節(jié)點計算的單跳矯正值給每一個未知節(jié)點。兩次廣播造成了網(wǎng)絡中大量的通信，而大量的通信必然造成大量的能量消耗。用錨節(jié)點將網(wǎng)絡進行區(qū)域劃分，以進一步減少網(wǎng)絡通信量。03其中9個“o”號為錨節(jié)點，其余“*”號是未知節(jié)點，總共有100個節(jié)點，