基于蝙蝠式算法的DV-hop算法改進(jìn).docx

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1、MATLAB大作業(yè)題目：基于蝙蝠算法的DV-Hop算法改進(jìn)院（系）信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)12級(jí)網(wǎng)絡(luò)工程本(1)班學(xué)號(hào)學(xué)生姓名倪峰指導(dǎo)教師陸建銀目錄1引言32DV-Hop定位算法及誤差分析32.1DV-Hop定位算法工作步驟32.2DV-Hop定位誤差分析53BADV-Hop算法的節(jié)點(diǎn)定位53.1改進(jìn)的蝙蝠算法53.2適應(yīng)值函數(shù)設(shè)計(jì)63.3BADV-Hop算法的節(jié)點(diǎn)定位步驟73.4BADV-Hop算法的工作流程74仿真實(shí)例84.1仿真環(huán)境84.2結(jié)果與分析95結(jié)束語(yǔ)11摘要:為了減少DV-Hop算法對(duì)于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的定位誤差，

2、我利用編蝠算法(BA)和DV-Hop算法相融合的傳感器節(jié)點(diǎn)定位方法(BADV-Hop)。在DV-Hop算法的第三階段，利用編蝠算法代替最小二乘法來(lái)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以降低定位誤差。相對(duì)于DV-Hop算法，BADV-Hop算法提高了傳感器的節(jié)點(diǎn)定位精度，具有較高的應(yīng)用價(jià)值，利用MATLAB仿真工具仿真出的結(jié)果驗(yàn)證了BADV-Hop的有效性。關(guān)鍵詞:DV-Hop算法;編蝠算法;節(jié)點(diǎn)定位1引言無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)是節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)，當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)定位算法分為:距離有關(guān)和距離無(wú)關(guān)的定位算法[2]。距離有關(guān)定位算法由于受到外界環(huán)境

3、因素的干擾比較大，所以獲得的誤差較大，且成本高[3];距離無(wú)關(guān)定位算法主要有質(zhì)心算法、DV-Hop算法，這類(lèi)定位算法無(wú)需額外硬件支持，功耗低，成為當(dāng)前主要研究方向[4-5]。DV-Hop算法實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，只需要少量的錨節(jié)點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)未知節(jié)點(diǎn)的定位，備受關(guān)注，但是精度有待提高[6]。為此，學(xué)者們提出一些改進(jìn)的DV-Hop算法，如文獻(xiàn)[7]中將RSSI策略引入到DV-Hop算法節(jié)點(diǎn)距離計(jì)算中，減小節(jié)點(diǎn)間誤差，提高定位精度；文獻(xiàn)[8]在DV-Hop算法中引入介質(zhì)訪問(wèn)機(jī)制來(lái)調(diào)節(jié)距離誤差;文獻(xiàn)[9]通過(guò)引入最佳調(diào)整因子對(duì)每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)

4、計(jì)算的距離進(jìn)行修正，從而減小了平均跳距的計(jì)算誤差。采用遺傳算法、模擬退火算法、蛙跳算法、粒子群算法等群智能算法對(duì)DV-Hop算法的誤差進(jìn)行校正，一定程度上提高了DV-Hop算法的定位精度[9-11]。蝙蝠算法(BA)是一種群智能優(yōu)化算法，在準(zhǔn)確性和有效性方面相較其他算法有很大優(yōu)勢(shì)，且沒(méi)有許多參數(shù)要調(diào)整，為DV-Hop算法誤差校正提供了一種新的研究思路[1-2]。為了減少無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的定位誤差，提出一種改進(jìn)蝙蝠算法(BA)和DV-Hop算法相融合的傳感器節(jié)點(diǎn)定位方法(BA-DVHop)。在DV-Hop算法的第三階段，利

5、用蝙蝠算法代替最小二乘法來(lái)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，并對(duì)蝙蝠算法進(jìn)行改進(jìn)避免算法陷入局部最優(yōu)，最后在Matlab上對(duì)算法性能進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明，BADV-hop定位算法在不同錨節(jié)點(diǎn)密度、不同通信半徑、不同節(jié)點(diǎn)數(shù)量以及定位精確度等方面表現(xiàn)出良好性能。2DV-Hop定位算法及誤差分析2.1DV-Hop定位算法工作步驟第一階段:計(jì)算節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)。信標(biāo)節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一個(gè)廣播信號(hào)，鄰居節(jié)點(diǎn)接收到信號(hào)后，記錄信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，并保存每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)，然后向其他的鄰居傳感器節(jié)點(diǎn)傳播，通過(guò)該方法，WSN網(wǎng)絡(luò)中全部節(jié)點(diǎn)可以得到信

6、標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置信息和與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的跳數(shù)。第二階段:估算到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的跳段距離。通過(guò)第一階段后，每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)就可以得到其他信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值和跳數(shù)，然后通過(guò)式(1)計(jì)算平均每跳距離，同時(shí)將每跳平均距離廣播至網(wǎng)絡(luò)中，未知節(jié)點(diǎn)將平均每跳距離值與最小跳數(shù)值相乘，得到其與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的距離:（1）式中，hi是信標(biāo)節(jié)點(diǎn)i和j之間的跳數(shù)，(xi,yi)、(xi,yi)是信標(biāo)節(jié)點(diǎn)i,j的坐標(biāo)。第三階段:通過(guò)最大似然法計(jì)算自身位置。設(shè)P1(x1,y1),P2(X2,Y2),…,Pn(Xn,yn)表示n個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，待定位節(jié)點(diǎn)位置為(x,y)

7、，其與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)估計(jì)距離分別為d1,d2,…dn-1，可以建立式(2)的方程:（2）第一個(gè)方程組減去最后一個(gè)方程后，得到:（3）用線性方程組表示為AL=b，其中:在無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)測(cè)距過(guò)程中，不可避免會(huì)產(chǎn)生一些隨機(jī)誤差，這樣線性方程組為AL+N=b,N為誤差向量，最小二乘法的求解方程為:（4）2.2DV-Hop定位誤差分析設(shè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)（xi，yi），i=1,2，…，n，與未知節(jié)點(diǎn)（x，y）的實(shí)際距離為ri，i=1,2，???，n測(cè)距誤差為εi,那么ri-di<εi,i=1,2,???,n。根據(jù)式（2）可知，（x，y）應(yīng)該滿(mǎn)足如下

8、約束條件：（5）求解（x，y），使得:（6）由于式(5)代表可行解的區(qū)域，那么該區(qū)域一定存在最優(yōu)解，且當(dāng)fx，y取最小值時(shí)，節(jié)點(diǎn)定位總誤差最小，此時(shí)的坐標(biāo)（x，y）將為最優(yōu)值，這樣無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)定位問(wèn)題轉(zhuǎn)化成一個(gè)約束優(yōu)化問(wèn)題，然后采用BA算法進(jìn)行求解，提高傳感器定位精度。3BADV-Hop算法的節(jié)點(diǎn)