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无线传感器网络中—种基于加权的DV-Hop定位算法随着科技的发展，无线传感器网络（WSN）被广泛应用于农业、能源、环境等领域，定位技术成为其重要的研究方向之一。
基于跳数的分布式定位算法（DV-Hop）因其简单、经济和可靠的特点而受到广泛关注。
本文将介绍一种基于加权的DV-Hop定位算法。
传统DV-Hop定位算法利用无线传感器网络中节点的跳数来计算节点的位置，其基本思想是节点利用其跳数信息和锚节点的位置信息来进行三角定位，从而分布式地计算节点位置。
然而，这种方法存在着误差较大的问题。
因此，研究者提出了一种基于加权的算法来解决传统算法中误差较大的问题。
基于加权的DV-Hop定位算法将节点间的距离作为权重，利用跳数和权重的乘积来计算节点的位置，从而减小位置误差。
该算法的基本步骤如下：1. 以锚节点为根节点构建一个拓扑结构，计算任意两个节点之间的距离。
2. 将距离的倒数作为权重，以根节点为起点使用DV-Hop算法计算出所有节点到根节点的距离信息。
3. 利用跳数信息和加权距离信息，通过三角定位算出每个节点的位置。
其中，节点位置的计算可以使用多种三角定位算法，如最小二乘法、加权最小二乘法等。
相比传统DV-Hop定位算法，基于加权的算法不仅考虑跳数信息，而且将距离作为权重，使得定位的精度更高。
同时，该算法没有增加额外的通信开销，因此保持DV-Hop算法的经济性和可靠性。
然而，基于加权的算法在实际应用中仍存在一些问题。
由于节点间的距离或权重可能存在变化，节点位置的准确性会受到影响。
此外，由于算法计算过程相对复杂，需要较高的计算能力。
因此，在实际应用中需要根据实际情况选择合适的算法。
总之，基于加权的DV-Hop定位算法作为一种有效的定位方法，在无线传感器网络中得到了广泛的应用。
然而，在具体应用中，需要充分考虑算法的优缺点，选择合适的算法以提高定位精度和准确性。
一种基于DV-Hop节点的室内定位改进算法干建勇;张静【摘要】对现有基于最小二乘法的DV-Hop定位算法进行分析和仿真,针对该算法定位精度依赖信标节点之间跳距和跳数这两个信息的不足,给出一种可对信标节点之间的跳距和跳数关系做出误差修正的改进的误差修正DV-Hop(ECDV-Hop)算法.仿真结果表明:在相同的室内环境下,ECDV-Hop算法与传统DV-Hop算法相比,定位精度得到一定的提高.%In this paper,we analyzes and simulates DV-Hop algorithms based on the least square estimation frame.The accuracy of the algorithms depends on the information of jump number among beacon nodes.To overcome this drawback,we presents an improved algorithm of error correction DV-Hop (ECDV-Hop).The simulation results show that,in the same indoor environment,the positioning accuracy of ECDV-Hop algorithm is higher than DV-Hop algorithm.【期刊名称】《上海师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(046)001【总页数】6页(P48-53)【关键词】无线传感器网络;室内定位;DV-Hop;最小二乘法;误差修正【作者】干建勇;张静【作者单位】上海师范大学信息与机电工程学院,上海 200234;上海师范大学信息与机电工程学院,上海 200234【正文语种】中文【中图分类】TN929.5随着信息科技的发展,无线传感器网络(WSN)的应用越来越多地跨学科交织、融合.在室内定位应用中,如何用已知定位信息的锚节点(信标节点)来确定该环境下未知节点的信息是目前WSN热门研究课题之一.WSN定位算法可以分成两类,即基于距离的定位和与距离无关的定位.基于距离的定位算法需要掌握信标节点和未知节点之间任意的一种相互度量关系,如角度、距离、信号强度等,以此来计算未知节点的位置[1],测距方法包括TOA法、TDOA法、AOA法和RSSI 法[2];与距离无关的定位算法主要有质心算法、DV-Hop算法、APIT算法等[3].其中DV-Hop算法具有部署网络成本低的优点,缺点是精度不够高.[4-6]改进了该算法并取得了一定的效果,但每种改进算法均存在一定的缺陷.本文作者在DV-Hop算法的基础上,通过修正信标节点之间的跳数信息和相对距离来提高定位精度,提出了改进的定位算法ECDV-Hop,并仿真对比了改进算法与DV-Hop算法的优劣.DV-Hop算法的基本思想是通过计算平均每跳距离来获取未知节点到信标节点之间的距离,然后使用最小二乘法求出未知节点的位置信息.算法主要分为3个阶段: 1)计算所有未知节点到每个信标节点的最小跳数.每个信标节点向邻节点广播自身的位置信息,每个未知节点都有一张数据表(xi,yi,hi),其中xi和yi是该节点收到的某一个信标节点的坐标,hi是该节点到信标节点的最小跳数.未知节点只有在与邻节点交换信息时才会更新该表.未知节点记录每个信标节点到自身的最小跳数,忽略来自同一个信标节点的较大跳数.然后将跳数值加1并转发给邻节点.通过这个方法,网络中的所有未知节点能够记录其到每个信标节点的最小跳数[4].2)计算未知节点到信标节点的平均距离.每个信标节点根据第一个阶段中记录的位置和跳数信息,得到每跳的平均距离为式中hij 是信标节点i和j(i≠j)之间的跳数,(xi,yi)、(xj,yj)分别为信标节点i、j的坐标,n为整个网络中的信标节点总数.未知节点从距其最近的信标节点获得平均每跳距离,并转发给邻节点.这个广播策略确保大多数未知节点从其最近的信标节点处获得平均每跳距离.未知节点根据每跳跳数和平均每跳距离计算其到信标节点的跳距式中h是未知节点到信标节点i的跳数.3)计算未知节点的坐标.在已知3个或者更多信标节点信息的情况下,利用最小二乘法计算未知节点坐标.设(x,y)是未知节点P的坐标,(xi,yi)是第i个信标节点的坐标,di 是第i个信标节点到P的距离,有[5]:将(3)式中所有等式两边平方,用前n-1个等式分别减去第n式后,变换为:AX=B,采用优化准则2,通过最小二乘法求出未知节点P的位置为2.1 误差分析传统DV-Hop算法的主要误差来源是将平均跳距和平均跳数作为未知节点到信标节点的距离,未知节点仅仅将信标节点的平均跳距作为该节点自身的平均跳距,但是,随机部署的网络拓扑结构通常不规则,从而导致估算距离的误差;同时,信标节点间的跳距只是通过两个信标节点间的距离和与总跳数之比计算得出,在一定程度上会影响定位精度,如图1所示,其中信标节点L1、L2、L3位置已知,相互之间的欧式距离分别为DL1L2、DL1L3、DL1L3.根据DV-Hop定位算法求得的信标节点间的跳数值为hL1L2=2,hL1L3=7,hL2L3=5,利用(2)式计算得到信标节点的平均跳距为:未知节点A距离信标节点L1、L2、L3跳数值为hAL1=4,hAL2=3,hAL3=4,因此,未知节点A接收距离其最近的信标节点L2的平均跳距作为该节点自身的平均跳距值,即,所以.由图1可知,信标节点与未知节点、信标节点与信标节点间的跳段距离往往不是直线,直接用(2)式计算信标节点的平均跳距必然存在着较大的误差.并在定位过程中不断累加,因此信标节点的平均跳距的精确度十分重要.2.2 改进算法ECDV-Hop针对上述的传统DV-Hop算法的不足,改进算法首先是将每跳距离平均得到全网的平均每跳距离,然后计算每个信标节点每跳距离的平均误差,得到更加准确的网络平均每跳距离:则每个未知节点计算到各个信标节点的估计距离为利用整个网络平均跳距替代最近的信标节点的平均每跳距离,使未知节点与各信标节点之间的估算距离更接近实际距离,从而提高定位精度.但当用计算出的全网平均跳距去计算信标节点之间的距离时,发现仍旧存在着误差.因此,在已知平均每跳距离的基础上,通过分析每个信标节点的平均跳距误差,多次迭代来修正之前得到的全网平均跳距,进一步提高定位精度[6].信标节点i的平均每跳距离误差为式中Δdij 为信标节点i、j之间实际距离dreal与估计距离dest之差的绝对值;erri 初始值为.为了实施改进算法,需在定位的第二个阶段增加信标节点转发信息到邻节点的阶段,通过计算整个网络的平均跳距,用(8)式多次迭代计算各个信标节点的平均每跳距离误差,并且将该误差广播至其他信标节点.每个未知节点接收到erri后,继续向其邻节点广播.经过该阶段的多次广播和转发后,所有节点(包括信标节点和未知节点)都已知所有信标节点计算的平均跳距误差,然后再将所有的平均每跳距离误差取平均,误差修正后得到全网的平均每跳距离误差:由此迭代得到整个网络的平均每跳距离,修正得到新的网络平均每跳距离为式中k为变量参数,取值随具体的网络环境而定,k的取值大小也影响着误差修正的效果,从而影响定位精度.循环(8)～(10)式进行K次迭代,直到误差修正的变化值趋于稳定,此时,每个未知节点到各个信标节点的估算距离为当未知节点得到信标节点的估算距离之后,利用(5)式就能算出自己的估计坐标. 3.1 迭代次数的选择根据(8)～(10)式,在100 m×100 m的正方形区域内,随机放置200个传感器节点(包括20个信标节点和180个未知节点),每个节点的通信距离是50 m,k都取0.6,比较多次迭代的效果选出最优迭代次数.当迭代次数为2时,根据全网平均每跳距离得到的定位误差最小,因此选此时的平均距离作为估计距离值,如图2所示.3.2 k的选择在ECDV-Hop算法的式(10)中,k的值影响着定位精度.在实验中,通过改变k(从-1到1,以0.1为间隔)观察其对定位误差的影响,仿真结果如图3所示.由图3可知,当节点总数和信标节点数固定的情况下,定位误差取决于k的值.当k从-1增加到0.6时,定位误差随k值的变大而减小,因此当k=0.6时,定位误差最小,定位精度最高.以下都取k=0.6.3.3 节点通信距离对定位精度的影响在实验中,通过改变节点的通信距离来观察其对定位误差的影响,仿真结果如图4所示.从图4可知,在相同的网络环境下,ECDV-Hop算法的定位误差比 DV-Hop小,定位误差随着节点的通信距离变大而增大,需找到平均定位误差和通信距离之间的平衡,以下通信距离选为40 m.3.4 信标节点数对定位精度的影响定位误差和信标节点数的关系如图5所示,图中的传感器节点总数为300个,其中信标节点为20个.从图5可知,DV-Hop算法和ECDV-Hop算法的定位误差都随着信标节点数的增加而减少.ECDV-Hop算法的误差减少更加显著,因为在ECDV-Hop算法中,信标节点的覆盖率越高,平均每跳距离更接近于实际每跳距离;随着信标节点数的增加,未知节点到信标节点的跳数减小,定位误差也随之变小.最后,设置仿真环境为在100 m×100 m的区域内随机放置100个传感器节点,其中包括10个信标节点,通信的平均距离为40 m,进行多遍不同次数的仿真,结果如图6所示.由图6可知,ECDV-Hop算法的定位误差要明显地小于DV-Hop算法,通过计算可以得知,ECDV-Hop算法的平均定位误差为0.2633,DV-Hop算法的平均定位误差为0.3122,因此改进算法具有一定的精度优势.分析了DV-Hop算法的原理和误差并且给出了改进的ECDV-Hop算法.该改进算法采用加权每跳距离来修正全网平均每跳距离的误差,使其更接近于实际的平均每跳距离.该算法不需要额外的硬件支持.仿真结果表明,改进算法的定位精度优于传统算法.与此同时,改进算法也存在不足,通信量和计算量要高于传统算法,这也导致了更大的算法代价.导师简介: 张静(1971-),女,博士,副教授,硕士生导师,主要从事移动通信信号处理方面的研究.E-mail:****************.cn(通信联系人)【相关文献】[1] Wang L H,Zhang G X,Shen X F.Mobile anchor nodes aided DV-hop(M-A-DV-hop) algorithm [J].Journal of Hangzhou Dianzi University,2008(5):312-315.[2] 林金朝,刘海波,李国军,等.无线传感器网络中DV-Hop节点定位改进算法研究 [J].计算机应用研究,2009,26(4):1272-1275.Lin J C,Liu H B,Li G J,et al.Study for improved DV-Hop localization algorithm in WSN [J].Application Research of Computers,2009,26(4):1272-1275.[3] Brito L A,Liu Y,Garcia Y.An improved error localization on DV-Hop scheme for wireless sensors networks [J].2010 3rd International Conference on Advanced Computer Theory and Engineering (ICACTE),2010,6:V2-80-V2-84.[4] Cui H M,Wang Y F,Liu L N.Improvement of DV-HOP localization algorithm[C]//IEEE.Identification and Control (ICMIC),Sousse:IEEE,2015.[5] 彭刚,曹元大,孙利民.无线传感器网络节点定位机制的研究 [J].计算机工程与应用,2004,40(35):27-29.Peng G,Cao Y D,Sun L M.Study of localization schemes for wireless sensor networks [J].Computer Engineering and Applications,2004,40(35):27-29.[6] Wei Q,Han J,Zhong D,et al.An improved multihop distance estimation for DV-Hop localization algorithm in wireless sensor networks [C]//IEEE.2012 IEEE Vehicular Technology Conference (VTC Fall),Quebec City:IEEE,2012.。
一种基于DV-HOP的改进定位算法
XIAO Yong;LIU Guo-fan
【期刊名称】《湖南工程学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2018(028)004
【摘要】在众多的无线传感器网络定位算法中,DV-Hop算法因其实现简单、无需增加额外硬件要求的优点而被广泛应用.DV-Hop算法采用节点间跳数与平均跳距值乘积作为节点间实际距离,忽略了节点分布的随机性与不确定性,使DV-Hop算法定位存在较大误差.针对上述DV-Hop定位算法的缺陷,提出一种基于DV-Hop的改进定位算法,通过细分锚节点通信半径、补偿平均跳距值误差两方面来提高定位精度.仿真结果表明,改进算法定位精度得到了有效的提高.
【总页数】6页(P6-10,35)
【作者】XIAO Yong;LIU Guo-fan
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TP393.03
【相关文献】
1.一种基于改进跳数和平均跳距的DV-Hop定位算法 [J], 田晓宁;关维国;边大伟;岳菲菲
2.一种基于DV-HOP改进的无线传感器网络定位算法 [J], 朱敏;刘昊霖;张志宏;易宗锐
3.一种基于坐标改正的改进DV-Hop定位算法 [J], 王兴;聂云峰;徐飞飞
4.一种基于DV-Hop节点的室内定位改进算法 [J], 干建勇;张静
5.一种基于Dv-hop的改进定位算法 [J], 刘杰;董淑福;温东;王坤
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收稿日期:2006-09-11 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60472074);西北工业大学研究生创业种子基金资助项目(Z200568)作者简介:刘艳文(1983-),男,江西人,硕士研究生,主要研究方向:无线传感器网络、嵌入式计算技术; 王福豹(1963-),男,山西人,教授,博士,主要研究方向:计算机网络、流媒体、传感器网络; 段渭军(1962-),男,陕西人,高级工程师,博士,主要研究方向:流媒体、无线通信; 于超(1973-)男,湖南人,硕士研究生,主要研究方向:无线传感器网络、嵌入式设计.文章编号:1001-9081(2007)03-0516-03基于D V 2H op 定位算法和RSSI 测距技术的定位系统刘艳文,王福豹,段渭军,于 超(西北工业大学宽带网络技术研究所,陕西西安710072)(stor m i n grans @163.co m;li u yanwen@ma i.l nwpu .edu .cn)摘 要:针对D V 2H op 算法在实验环境中存在的问题,加入接收信号强度指示器(RSSI)测距模块辅助定位,对算法进行改进。
为了实现定位系统,首先,需要建立当前实验环境的RSSI 模型;然后,应用该模型,从锚节点和非锚节点两方面分别控制D V 2H op 定位过程。
实验证明:改进后的定位系统在增加少量计算复杂度的情况下,改善了系统的稳定性,提高了定位的精度,可以被应用到无线传感器网络中。
关键词:D V 2H op 定位算法;定位系统;接收信号强度指示器测距技术中图分类号:TP393.06 文献标识码:AA loca liza ti on syste m based on DV 2H op loca liza ti on a l gor ithmand R SSI rangi ng techn i queLI U Yan 2wen ,WANG Fu 2bao ,D UAN W ei 2j u n ,Y U Chao(Institute o f B roadband N etw ork ,Nor t hwest P ol ytechnica l Universit y ,Xi p an Sha anxi 710072,China )Abstra ct :As an assistant loca lizati o n method ,received si gna l strength i ndicator (RSSI)rangi ng module was added i nto t heD V 2H o p l ocali zatio n alg or it h m to resolve its pro b l e m s exi sti ng in experm i enta l environ men.t In order t o m i ple ment the l ocalizati on syste m,firs,t t he R SSI mode lwas bu ilt up ;t hen ,t h i s mode lwas app lied to co ntrol D V 2H o p l ocalizati on process fro m anchor nodes and nonanchor no des respecti ve l y .It is prov ed t hat m i prov ed l ocalizatio n syste m m i prov es syste m stab ility and l oca lizati on precisi on wit h a littl e sacr ifice on co mputi ng co mplexit y .Therefore ,it can be app li ed i nto wire l ess sensor net works .K ey word s :D V 2H op l oca liza ti on a l gor ith m;l oca lizatio n syste m;rece i ved signa l strengt h i nd i ca t or (R SSI)rang i ng techn i que0 引言目前,根据不同的定位需求和环境实现了多种应用的定位系统。
一种基于跳数修正的DV-Hop定位算法肖丽萍;刘晓红【摘要】节点定位技术是无线传感器网络的关键支撑技术之一,传统DV-Hop定位算法中节点间跳数只以整数增加,从而降低了定位精度.针对传统定位算法定位误差较大的问题,提出了一种新的基于跳数修正的DV-Hop定位算法.该算法从两方面进行了改进:对锚节点间的跳数进行修正,使得跳数不再只是整数；对未知节点与锚节点间的跳数进行修正,使得未知节点与锚节点之间的估计距离更加准确.最后,对传统算法和改进算法的性能进行了仿真,结果表明在不增加额外硬件开销的前提下,改进算法可以有效地提高定位精度.%Localization is one of the key supporting technologies in wireless sensor networks. The hops between all nodes of the traditional DV-Hop localization algoritnm were integer, to some extent, that reduced the positioning accuracy. To solve the problem of low positioning accuracy in traditional DV-Hop,a new localization algorithm based on hop amendment is proposed. This paper mainly focuses on two aspects: Firstly, the hops between all archor nodes are refined to make sure that hops between archor nodes are not only integer,but also decimal. Secondly,the hops between archor nodes and unknown nodes are refined to make the estimated distance more accurate. The simulation results show that the proposed improved algorithm has obviously better locating performance in positioning accuracy than that of the traditional localization algorithm without additional hardware.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2012(025)012【总页数】5页(P1726-1730)【关键词】无线传感器网络;DV-Hop;跳数修正;定位误差;定位精度【作者】肖丽萍;刘晓红【作者单位】燕山大学信息科学与工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学信息科学与工程学院,河北秦皇岛066004【正文语种】中文【中图分类】TP393无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Networks)是由部署在监测区域内的大量廉价微型传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统［1］，其中节点定位技术是其关键技术之一。
