改进的无线传感器DV-Hop算法制造技术

本发明专利技术公开了一种改进的无线传感器DV-Hop算法，包括以下步骤：计算未知节点与锚节点之间最小跳数，计算各锚节点的平均跳距，估计未知节点与锚节点间距离，求解未知节点坐标，在计算未知节点与锚节点之间最小跳数时，对每个节点引入三个通信半径，三个通信半径分别是R、2R/3和R/3，锚节点以通信半径为R进行广播，所有节点接受到数据并以进行泛洪方式转发，转发时并转发自己节点信息，接受到转发信号后，以节点内记录与转发节点之间的跳数来计算，泛洪结束后每个节点都保留所有节点的最小跳数。本发明专利技术提出了三个通信半径的方法来使计算跳数更加准确，从而解决网络部分由于网络节点分布不均带来较大的定位误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线传感器网络应用
，特别涉及一种改进的无线传感器DV-Hop算法。
技术介绍
近年来，无线传感器网络(WSN)具有低功耗、成本低、自组织、分布式和体积小等很多特点，并有着广阔的应用前景。无线传感器网络能够确定事件发生的位置是它最基本的功能，其位置信息对整个无线传感器网络中的监测活动来说是非常关键的，如果没有位置信息，那么采集到的监测数据也就没有了实际意义。无线传感器网络系统中，节点位置信息对整个传感器网络系统的数据采集和检测有着非常重要的作用。当网络中检测到事件发生时，如果不知道发生事件的位置信息，则传感器网络检测将是没有意义的。传统DV-Hop定位算法的定位过程主要分三个阶段。第一阶段为距离矢量交换阶段。这个阶段的主要工作是锚节点利用典型的距离矢量交换协议，以广播的形式，使得网络中所有的节点都获得与其它所有锚节点之间的跳段数信息。这个跳段数指的是节点之间经过几跳后可以到达，即两节点间的最小跳段数；第二阶段为校正值计算和广播阶段主要方法为每个锚节点根据与其它锚节点的实际距离和第一阶段得到的两个锚节点之间的跳段数信息，可以求得每跳平均距离，最后将其作为校正值以广播的形式发送到网络中。未知节点根据接收到的最近锚节点的校正值，计算得到与各个锚节点的估计距离；第三阶段为坐标计算阶段。当网络中的未知节点获得三个或者三个以上锚节点的估计距离值后，利用三边测量法或极大似然估计法计算出未知坐标信息。在DV-Hop算法中，跳数的计算直接影响锚节点的平均跳距的计算和锚节点到未知节点之间的距离，因此准确的计算节点之间的跳数对DV-Hop的定位精度有着直接的影响，但该算法中只要两节点的距离小于通信半径两节点就计算一跳，在两节点间距离很小的情况下，这种计算节点之间距离与其跳数线性关系较差，
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种改进的无线传感器DV-Hop算法，其在不增加网络通信量的情况下，有效提高DV-Hop算法的定位精度：本专利技术提出了三个通信半径的方法来使计算跳数更加准确，从而解决网络部分由于网络节点分布不均带来较大的定位误差。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种改进的无线传感器DV-Hop算法，其特征在于，其包括以下步骤：S1计算未知节点与锚节点之间最小跳数，S2计算各锚节点的平均跳距，估计未知节点与锚节点间距离，S3求解未知节点坐标，在计算未知节点与锚节点之间最小跳数时，对每个节点引入三个通信半径，三个通信半径分别是R、2R/3和R/3，当节点以通信半径R广播信息时，所有能够收到广播的节点为第一邻节点组；当节点以通信半径2R/3广播信息时，所有能够收到广播的邻居构成第二邻节点组；当节点以通信半径R/3广播信息时，所有能够收到广播的邻居构成第三邻节点组，第二邻节点组的所有节点保留的与邻节点的最小跳数2/3，邻节点组的所有节点保留的与邻节点的最小跳数1/3，第一邻节点组中除去第二邻节点组和第三邻节点组的其他保留与节点跳数为1，第二邻节点组中除去第三邻节点组的其他保留与节点跳数为2R/3；在此基础上，锚节点以通信半径为R进行广播，所有节点接受到数据并以进行泛洪方式转发，转发时并转发自己节点信息，接受到转发信号后，以节点内记录与转发节点之间的跳数来计算，泛洪结束后每个节点都保留所有节点的最小跳数。进一步地，所述步骤S2在计算各锚节点的平均跳距时，使用最小均分误差准则得平均每跳距离。进一步地，所述步骤S3利用三边测量法或者极大似然法或者最小二乘法求解未知节点的坐标。与现有技术相比，本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术采用三通信半径的改进DV-Hop定位方法，进而计算出未知节点的空间坐标，达到所计算的定位坐标与所求节点实际坐标最为接近的目的，本专利技术有效地提高了定位坐标精度。附图说明图1为三通信半径通信跳数计算示意图；图2为三通信半径DV-Hop定位算法流程图；图3为通信半径为20m和总数节点不变时，相对定位误差与锚节点数量的关系的示意图；图4通信半径为30m和总数节点不变时，相对定位误差与锚节点数量的关系的示意图；图5通信半径为40m和总数节点不变时，相对定位误差与锚节点数量的关系的示意图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的保护范围。在原DV-Hop算法中未知节点与未知节点之间的跳数计算为一跳的情况，本专利技术提出了三个通信半径，在小的通信半径内未知节点就可以与未知节点进行通信，此时未知节点与未知节点之间的跳数就是小于一跳的，使得节点间的跳数与距离更接近线性关系。从而解决网络部分由于网络节点分布不均带来较大的定位误差。DV-Hop算法是用锚节点平均跳距乘以到锚节点最小跳数的乘积来近似这种方法表示未知节点到锚节点的距离，所以平均跳距到未知节点的最小跳距对整个求解未知节点坐标位置影响较大。但由于节点分布的随机性，两个节点之问只要小于通信半径就可以通信，在定位时就有可能计算为一跳，假如在网络中有图1所示分布的节点，通信半径为30m的情况下，锚节点O与A，B，C节点都可以通信，但在计算平均跳距的时候，OA和OC都是计算一跳，它们之问距离相差较大，向OA这种较小的节点距离对锚节点A求解平均通信半径影响较大，从图中可以看出OD之间的最小跳数是两跳，但是当OD计算为两跳时，同样对锚节点A计算平均跳距影响较大，针对这种节点之间距离与其跳数线性关系较差，本专利技术提出了三通信半径定位方法，以增强节点间的跳数与距离间线性关系和减小计算平均锚节点跳距误差的影响。本专利技术包括以下步骤：S1计算未知节点与锚节点之间最小跳数，S2计算各锚节点的平均跳距，估计未知节点与锚节点间距离，S3求解未知节点坐标，在计算未知节点与锚节点之间最小跳数时，对每个节点引入三个通信半径，三个通信半径分别是R、2R/3和R/3，节点分别以通信半径R、2R/3和R/3广播信息，得到最接近的距离；当节点以通信半径R广播信息时，所有能够收到广播的节点为第一邻节点组；当节点以通信半径2R/3广播信息时，所有能够收到广播的邻居构成第二邻节点组；当节点以通信半径R/3广播信息时，所有能够收到广播的邻居构成第三邻节点组。显然，第一邻节点组包含第二邻节点组和第三邻节点组，邻节点组2包含第三邻节点组。在广播过程中，第二邻节点组的所有节点保留的与邻节点的最小跳数2/3，第三邻节点组的所有节点保留的与邻节点的最小跳数1/3，第一邻节点组中除去第二邻节点组和第三邻节点组的其他保留与节点跳数为1，第二邻节点组中除去第三邻节点组的其他保留与节点跳数为2R/3；在此基础上，锚节点以通信半径为R进行广播，所以节点接受到数据并以进行泛洪方式转发，转发时并转发自己节点信息，接受到转发信号后，以节点内记录与转发节点之间的跳数来计算，泛洪结束后每个节点都保留所有节点的最小跳数。最后利用未知节点到锚节点的最小跳数乘以平均跳距，未知节点就可以得到与锚节点之间的估计距离。所述步骤S3利用三边测量法或者极大似然法或者最小二乘法求解未知节点的坐标。计算未知节点与锚节点之间最小跳数：本算法中有三种通信半径，分别为R/3、2R/3、R，网络启动工作时所有节点各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进的无线传感器DV‑Hop算法，其特征在于，其包括以下步骤：S1计算未知节点与锚节点之间最小跳数，S2计算各锚节点的平均跳距，估计未知节点与锚节点间距离，S3求解未知节点坐标，在计算未知节点与锚节点之间最小跳数时，对每个节点引入三个通信半径，三个通信半径分别是R、2R/3和R/3，当节点以通信半径R广播信息时，所有能够收到广播的节点为第一邻节点组；当节点以通信半径2R/3广播信息时，所有能够收到广播的邻居构成第二邻节点组；当节点以通信半径R/3广播信息时，所有能够收到广播的邻居构成第三邻节点组，第二邻节点组的所有节点保留的与邻节点的最小跳数2/3，邻节点组的所有节点保留的与邻节点的最小跳数1/3，第一邻节点组中除去第二邻节点组和第三邻节点组的其他保留与节点跳数为1，第二邻节点组中除去第三邻节点组的其他保留与节点跳数为2R/3；在此基础上，锚节点以通信半径为R进行广播，所有节点接受到数据并以进行泛洪方式转发，转发时并转发自己节点信息，接受到转发信号后，以节点内记录与转发节点之间的跳数来计算，泛洪结束后每个节点都保留所有节点的最小跳数。

【技术特征摘要】
1.一种改进的无线传感器DV-Hop算法，其特征在于，其包括以下步骤：S1计算未知节点与锚节点之间最小跳数，S2计算各锚节点的平均跳距，估计未知节点与锚节点间距离，S3求解未知节点坐标，在计算未知节点与锚节点之间最小跳数时，对每个节点引入三个通信半径，三个通信半径分别是R、2R/3和R/3，当节点以通信半径R广播信息时，所有能够收到广播的节点为第一邻节点组；当节点以通信半径2R/3广播信息时，所有能够收到广播的邻居构成第二邻节点组；当节点以通信半径R/3广播信息时，所有能够收到广播的邻居构成第三邻节点组，第二邻节点组的所有节点保留的与邻节点的最小跳数2/3，邻节点组的所有节点保留的与邻节点的最小跳数1/3，第...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，周显，
申请(专利权)人：上海明想电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31