DV-HOP定位算法.ppt

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1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)主要內(nèi)容1引言2定位技術(shù)分類3DV-HOP定位算法4性能指標(biāo)引言無線傳感器網(wǎng)絡(luò)：指一種在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)隨機(jī)部署的傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式形成的多跳、自組織的分布式網(wǎng)絡(luò)。定位技術(shù)的研究意義：節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)必須與位置相結(jié)合，離開位置信息，感知數(shù)據(jù)是沒有意義的，如環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療、森林火災(zāi)監(jiān)控等。引言當(dāng)前對節(jié)點(diǎn)定位問題的研究一般都基于以下前提:(1)網(wǎng)絡(luò)中有一定比例的節(jié)點(diǎn)位置己知或具有GPS定位功能，這些位置已知的節(jié)點(diǎn)可作為定位參考點(diǎn)。因?yàn)镚PS模塊價(jià)格昂貴、能量消耗大，而且受工作環(huán)境的限制，所以網(wǎng)絡(luò)中少數(shù)節(jié)點(diǎn)通過GPS定位。(2)節(jié)點(diǎn)具有與鄰近節(jié)點(diǎn)通信的能力。(3)節(jié)

2、點(diǎn)不具有自主移動能力。主要內(nèi)容1引言2定位技術(shù)分類3DV-HOP定位算法4性能指標(biāo)定位技術(shù)的分類根據(jù)定位過程中是否需要測量實(shí)際節(jié)點(diǎn)間的距離，定位算法可分為基于測距(Range-Based)的定位算法和無需測距(Range-Free)的定位算法。需要測量相鄰節(jié)點(diǎn)間的絕對距離或方位，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。無需這些測量信息，而是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連通性等信息，利用節(jié)點(diǎn)間的估計(jì)距離計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置。無需測距的定位基于測距的定位Range-Based&Range-Free特點(diǎn)比較定位精度相對較高，但對額外的硬件設(shè)施要求也比較高成本低、功耗小、抗測量噪聲能力強(qiáng)、硬件設(shè)備簡單無需測距技術(shù)的

3、定位基于測距的定位基于測距的算法基于接收信號角度的定位(AOA)基于信號傳播時(shí)間差定位（TDOA）基于接收信號強(qiáng)度的定位（RSSI）基于信號傳播時(shí)間的定位（TOA）基于測距的定位算法無需測距Amorphous算法DV-HOP定位算法APIT質(zhì)心定位算法無需測距的定位算法集中式計(jì)算&分布式計(jì)算根據(jù)在定位過程中是否把信息傳送到某個后臺中心或服務(wù)器進(jìn)行節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算把所需信息傳送到某個中心節(jié)點(diǎn)(例如，一臺服務(wù)器)，并在那里進(jìn)行節(jié)點(diǎn)定位計(jì)算的方式指依賴節(jié)點(diǎn)間的信息交換和協(xié)調(diào)，由節(jié)點(diǎn)自行計(jì)算的定位方式。集中式計(jì)算分布式計(jì)算定位的基本方法三邊測量法三角測量法極大似然估計(jì)法Min-max算法三邊測

4、量法已知A、B、C三個節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以及它們到未知節(jié)點(diǎn)D的距離，確定節(jié)點(diǎn)D的坐標(biāo)。若在測距過程中存在誤差，上述三個圓無法交于一點(diǎn)，用存在誤差的d1、d2、d3去解上述方程時(shí)便無法得到正確解。因此，在實(shí)際計(jì)算坐標(biāo)時(shí)，一般不采用上述解方程的方法，而采用極大似然估計(jì)或其他數(shù)值解法。三邊測量法缺點(diǎn)三角測量法已知A、B、C三個節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，節(jié)點(diǎn)D相對于節(jié)點(diǎn)A、B、C的角度，確定節(jié)點(diǎn)D的坐標(biāo)；轉(zhuǎn)換為三邊測量法。極大似然估計(jì)法已知1、2、3等n個節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，及它們到未知節(jié)點(diǎn)D到距離，確定節(jié)點(diǎn)D的坐標(biāo)；最小均方差估計(jì)算法。極大似然估計(jì)法使用標(biāo)準(zhǔn)的最小二乘法可以得到未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為Min-max算法Min

5、-Max算法的基本思想是依據(jù)未知節(jié)點(diǎn)到各錨節(jié)點(diǎn)的距離測量值及其坐標(biāo)構(gòu)造若干個限制框(bounding-box)，即以錨節(jié)點(diǎn)為圓心，未知節(jié)點(diǎn)到該錨節(jié)點(diǎn)的距離測量值為半徑所構(gòu)成圓的外接正方形，正方行交叉區(qū)域的幾何中心即為未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)坐標(biāo)。如下圖所示，說明了有3個錨節(jié)點(diǎn)估計(jì)距離時(shí)的工作原理，錨節(jié)點(diǎn)A（xi,yi)的限制框的4個頂點(diǎn)的計(jì)算如下式所示：為未知節(jié)點(diǎn)M到錨節(jié)點(diǎn)A的測量距離。Min-Max算法這些限制框的交集通過下式計(jì)算。當(dāng)未知節(jié)點(diǎn)可利用的錨節(jié)點(diǎn)多于3個時(shí)，將其轉(zhuǎn)化為組分別計(jì)算并取其平均值。主要內(nèi)容1引言2定位技術(shù)分類3DV-HOP定位算法4性能指標(biāo)DV-HOP算法DV-HOP定位

6、算法具有方法簡單，定位精度較高的特點(diǎn)，它是利用距離矢量路由和GPS定位的思想提出的一系列分布式定位方法之一。指依賴節(jié)點(diǎn)間的信息交換和協(xié)調(diào)，由節(jié)點(diǎn)自行計(jì)算的定位方式。DV-HOP算法的3個階段第1階段：網(wǎng)絡(luò)中的各參考節(jié)點(diǎn)通過典型的距離矢量交換協(xié)議向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播自身位置信息分組，使得網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)獲得距參考節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)信息。左圖是一個由9個節(jié)點(diǎn)組成的小型傳感器網(wǎng)絡(luò)。L1L2L3為三個參考節(jié)點(diǎn)剩余的都為未知節(jié)點(diǎn)，對節(jié)點(diǎn)A定位DV-HOP算法的3個階段：為錨節(jié)點(diǎn)i與錨節(jié)點(diǎn)j的坐標(biāo)：為錨節(jié)點(diǎn)i與錨節(jié)點(diǎn)j之間的實(shí)際距離：為錨節(jié)點(diǎn)i到錨節(jié)點(diǎn)j之間的跳數(shù)：以錨節(jié)點(diǎn)i為基準(zhǔn)，計(jì)算出的平均每跳距離M

7、：錨節(jié)點(diǎn)總個數(shù)：錨節(jié)點(diǎn)i的平均每跳距離的權(quán)值DV-HOP算法的3個階段-無偏估計(jì)準(zhǔn)則第2階段：每個參考節(jié)點(diǎn)利用其它參考節(jié)點(diǎn)的位置信息和相隔最小跳數(shù)來計(jì)算平均每跳距離，并將其作為一個校正值廣播至網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)接收到校正值后，節(jié)點(diǎn)根據(jù)跳數(shù)計(jì)算與參考節(jié)點(diǎn)之間的距離。平均每跳距離當(dāng)獲得每個參考節(jié)點(diǎn)的平均每跳距離后，需要將其廣播至網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)。未知節(jié)點(diǎn)接收到的平均每跳距離有兩種方法：方法1中未知節(jié)點(diǎn)僅記錄接收到的第1個平均每跳距離，并轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居節(jié)點(diǎn)；方法2中未知節(jié)點(diǎn)