DV-Hop定位算法研究.ppt

《DV-Hop定位算法研究.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

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(diǎn)部署的DV-Hop改進(jìn)算法04.MATLAB仿真分析目錄Part01引言引言01網(wǎng)絡(luò)在初始化階段具有相對(duì)某全局坐標(biāo)系的已知位置信息的傳感器節(jié)點(diǎn)，可以為其它傳感器節(jié)點(diǎn)提供位置參考，在有些文獻(xiàn)中也稱為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)或?qū)?biāo)節(jié)點(diǎn)(BeaconNodes)。通常錨節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)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(yù)先獲得精確位置信息。錨節(jié)點(diǎn)(AnchorNodes):圖1-1傳感器網(wǎng)絡(luò)中的錨節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)，黑色代表錨節(jié)

2、點(diǎn)，白色代表未知節(jié)點(diǎn)所有的傳感器節(jié)點(diǎn)中除了錨節(jié)點(diǎn)以外的節(jié)點(diǎn)稱之為未知節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)不能預(yù)先獲得自身位置信息,需要通過節(jié)點(diǎn)定位來獲得相應(yīng)的位置信息，有些文獻(xiàn)中也稱之為盲節(jié)點(diǎn)(BlindNode)。未知節(jié)點(diǎn)(UnknownNodes)：——基本概念及術(shù)語01引言——節(jié)點(diǎn)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(diǎn)間的絕對(duì)距離或方位，并利用節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離來計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的位置；在理想的通信環(huán)境下，不考慮傳感器節(jié)點(diǎn)的成本和功耗的前提下，能夠獲得精確的定位結(jié)果；需要傳感器節(jié)點(diǎn)用一些附加的硬件，必

3、然增加整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的成本；通過獲取電波信號(hào)參數(shù)，如RSSI、TOA、TDOA、AOA等，再計(jì)算節(jié)點(diǎn)或目標(biāo)的位置。無需測量節(jié)點(diǎn)間的絕對(duì)距離或方位，利用節(jié)點(diǎn)間估計(jì)的距離計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置；硬件設(shè)備簡單，網(wǎng)絡(luò)成本低，功耗小，受環(huán)境因素影響較??；典型算法有質(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(diǎn)通過錨節(jié)點(diǎn)廣播信息的方法獲得未知節(jié)點(diǎn)和錯(cuò)節(jié)點(diǎn)之間的最小跳數(shù)，并計(jì)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(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)之間的估計(jì)距離。02DV-HOP定位算法——算法步驟（1）（1）計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)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(diǎn)向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播錨節(jié)點(diǎn)信息,包含錨節(jié)點(diǎn)ID、坐標(biāo)和跳數(shù)(初始值為0)。收到送些信息的傳感器節(jié)點(diǎn)記錄錨節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，并且將對(duì)應(yīng)的跳數(shù)值加1，然后轉(zhuǎn)發(fā)給它的鄰居節(jié)點(diǎn)，這樣網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)能夠記錄每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的位置和對(duì)應(yīng)的最小跳數(shù)。為了減少網(wǎng)絡(luò)通信量，節(jié)點(diǎn)可以丟棄無效的錨節(jié)點(diǎn)信息。如果某個(gè)未知節(jié)點(diǎn)己經(jīng)記錄了某個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，則進(jìn)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(diǎn)己經(jīng)記錄的最小跳數(shù)，則認(rèn)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(jì)算未知節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)的實(shí)際跳段距離錨節(jié)點(diǎn)在第一階段中記錄了其它錨節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)和最小跳數(shù)，如果想獲得未知節(jié)點(diǎn)的位置，我們還需要估計(jì)每跳的平均距離,又稱之為單跳矯正值：其中，(是錨節(jié)點(diǎn)，的坐標(biāo)，是錨節(jié)點(diǎn)與（）之間的跳段數(shù)。然后錨節(jié)點(diǎn)將自己的單跳矯正值廣播給自己的鄰居節(jié)點(diǎn)，鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，最終所有節(jié)點(diǎn)都可以接收到錨節(jié)點(diǎn)的單跳矯正值。未知節(jié)點(diǎn)將離其最近

6、的錨節(jié)點(diǎn)的單跳矯正值作為其計(jì)算估計(jì)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(diǎn)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(jì)法計(jì)算自身位置未知節(jié)點(diǎn)利用第二階段獲得到各個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的估計(jì)距離，然后根據(jù)三邊測量法或者最大似然估計(jì)法可以計(jì)算其估計(jì)坐標(biāo)。三邊測量法：極大似然估計(jì)法類似于三邊測量法，不同的是未知節(jié)點(diǎn)知道到三個(gè)以上錨節(jié)點(diǎn)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(diǎn)與之間的距離和跳數(shù)；由計(jì)算得到平均每跳

7、距離：（40+75）/（2+5）=16.42；假設(shè)A從獲取平均每跳距離，則它與三個(gè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)A的位置。40m75m100m02DV-HOP定位算法——應(yīng)用背景及優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)算法結(jié)構(gòu)簡單易實(shí)現(xiàn)，計(jì)算量?。粩U(kuò)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(diǎn)密度影響大，節(jié)點(diǎn)密度大，精確度高；錨節(jié)點(diǎn)定位分布情況影響定位精度。應(yīng)用背景大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)無法與足夠多的錨節(jié)點(diǎn)直接通信；節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署，只有錨節(jié)點(diǎn)

8、可以精確定位。Part03基于錨節(jié)點(diǎn)部署的DV-Hop定位算法03基于錨節(jié)點(diǎn)部署的DV-Hop定位算法——問題描述錨節(jié)點(diǎn)需要廣播兩次消息到整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)才能完成定位計(jì)算：第一次用來獲得節(jié)點(diǎn)之間的最小跳數(shù)；第二次是用來廣播錨節(jié)點(diǎn)計(jì)算的單跳矯正值給每一個(gè)未知節(jié)點(diǎn)。兩次廣播造成了網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行區(qū)域劃分，以進(jìn)一步減少網(wǎng)絡(luò)通信量。03其中9個(gè)“o”號(hào)為錨節(jié)點(diǎn)，其余“*”號(hào)是未知節(jié)點(diǎn)，總共有100個(gè)節(jié)點(diǎn)，