基于蛙跳算法的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位

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1、劉杰慧，等基于蛙跳改進(jìn)算法的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位基于蛙跳改進(jìn)算法的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位*劉杰慧，王穎，謝萍，王茜（華北電力大學(xué)控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，北京市102206）摘要：針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSNs）定位過(guò)程當(dāng)中傳統(tǒng)的DV-Hop定位算法在計(jì)算錨節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)之間的平均跳距時(shí)存在較大誤差的問(wèn)題，本文根據(jù)蛙跳算法（SFLA）計(jì)算速度快，全局搜索尋優(yōu)能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合定位的實(shí)際問(wèn)題，提出了一種改進(jìn)的蛙跳算法。并將其引入到DV-Hop的算法設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的定位。關(guān)鍵詞：蛙跳算法、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點(diǎn)定位、DV-Hop算法Wirelesssensornetw

2、orklocalizationbasedonimprovedalgorithmleapfrogLIUJie-hui,WANGYing,XIEPing,WANGXi(Schoolofcontrolandcomputerengineering,northchinaelectricpoweruniversity,Beijing,102206)Abstract：Existsforwirelesssensornetworks(WSNs)positioningprocessoftraditionalDV-Hoplocalizationalgorithmtocalc

3、ulatetheaveragejumpbetweenanchornodesandunknownnodesfromtheproblemwhenlargeerrors,accordingtoleapfrogalgorithm(SFLA)computingspeed,globalSearchoptimizationcapabilityadvantages,combinedwiththepracticalproblemslocatingproposedanimprovedleapfrogalgorithm.AndintroducedintotheDV-Hopa

4、lgorithmdesign,therealizationofpositioningnodes.Keyword：Leapfrogalgorithm,wirelesssensornetwork,thenodelocalization,DV-Hopalgorithm劉杰慧，等基于蛙跳改進(jìn)算法的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位0.引言無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）[1,2]是一種新的獲取信息和處理信息的技術(shù)。其在入侵監(jiān)測(cè)、目標(biāo)跟蹤和定位相關(guān)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的許多應(yīng)用都需要傳感器節(jié)點(diǎn)明確其自身的位置信息，缺少位置信息的監(jiān)測(cè)消息幾乎沒(méi)有什么價(jià)值。這里必須解決的關(guān)

5、鍵問(wèn)題是如何確定無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的位置信息。因此，定位技術(shù)[3-5]作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一，其定位算法也引起了國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多學(xué)者的普遍關(guān)注。目前的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)大體可分為兩類，分別是基于測(cè)距和非測(cè)距的定位技術(shù)。DV-Hop算法[6]是現(xiàn)有應(yīng)用最廣泛的無(wú)需測(cè)距定位算法之一，但是該算法的定位精度不是很理想。就這一問(wèn)題，已經(jīng)有很多專家學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。文獻(xiàn)[7]提出由改進(jìn)DV-Hop算法得到的估算位置然后再利用粒子群優(yōu)化算法對(duì)其進(jìn)行校正。將定位問(wèn)題看成一個(gè)多維優(yōu)化問(wèn)題。文獻(xiàn)[8]在分析了DV-Hop算法中多邊測(cè)量法的基礎(chǔ)上，提出了一種

6、自適應(yīng)人工蜂群算法，并將其應(yīng)用于未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算階段，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)定位。文獻(xiàn)[9]針對(duì)DV-Hop的一種經(jīng)典改進(jìn)算法LPC中對(duì)影響定位精度的三個(gè)重要參數(shù)：錨節(jié)點(diǎn)數(shù)目、節(jié)點(diǎn)數(shù)目、節(jié)點(diǎn)通信半徑，進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化提高了定位精度。文獻(xiàn)[10]針對(duì)DV-Hop算法中平均每跳距離的計(jì)算方式進(jìn)行了改進(jìn)，利用蛙跳算法來(lái)求解平均每跳距離，使其更接近實(shí)際值，從而提高最終定位結(jié)果的精確度。本文針對(duì)DV-Hop算法在計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)是精度不高這一缺陷，將節(jié)點(diǎn)定位問(wèn)題轉(zhuǎn)化成最優(yōu)化求解問(wèn)題，結(jié)合蛙跳算法的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)蛙跳算法進(jìn)行了改進(jìn)，將改進(jìn)后的蛙跳算法應(yīng)用到DV-Hop算法中，提出

7、了一種基于改進(jìn)蛙跳算法的DV-Hop改進(jìn)方案。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)的算法較傳統(tǒng)DV-Hop算法在精度和穩(wěn)定性上均有明顯的提高。2.DV-Hop算法DV-Hop算法是由美國(guó)路特葛斯大學(xué)的DragosNiculescu等人根據(jù)距離矢量路由和GPS定位的思想提出的一種分布式定位算法。其定位過(guò)程分為三個(gè)步驟：1)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的最小跳數(shù)。每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)采用距離矢量路由協(xié)議向范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)廣播其位置信息，其中包括錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)和跳數(shù)，跳數(shù)的初始值為0，接收節(jié)點(diǎn)記錄到每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)，忽略相同錨節(jié)點(diǎn)的較大的跳數(shù)信息，將跳數(shù)加1后轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居節(jié)點(diǎn)，最終

8、獲得全網(wǎng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)到每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)。2)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)的距離劉杰慧，等基于蛙跳改進(jìn)算