DV-HOP-定位算法

改进的无线传感器网络DV—Hop定位算法的研究摘要DV-Hop算法是无线传感器网络常用的定位算法，本文在现有DV-Hop 算法及其改进思路的基础上，结合无线传感器网络低能耗的要求，提出一种节能的高精度的DV-Hop定位方法。

关键词无线传感器网络；DV-Hop定位算法；节能；改进前言无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是指在某个区域分布的传感器，通过无线的方式，把这些传感器收集的信息汇集起来，以实现对该区域内特定状态进行监测和控制。

无线传感器网络广泛应用于军事国防、目标追踪、环境感知和健康監测、智能交通等领域。

而在这些领域的大部分应用里，用户所需的数据中，80%需要与位置相关，这就要求无线传感器网络必须具备可靠的定位技术。

无线传感器网络的定位算法主要分为：基于测距和非测距的算法[1]。

DV-Hop 算法属于非测距的定位算法，通过网络连通性和节点之间互相发送信息的方式来计算未知节点的位置[2]，功耗小，但定位精度较低[3]。

为此，许多学者提出了许多改进的无线传感器网络DV-Hop定位算法，有效提高了定位的精度，但仍与实际需求有一定的差距[4]。

为提高无线传感器网络节点定位的精度，提出了一种节能的高精度的DV-Hop定位算法。

1 一种节能的高精度的DV-Hop定位方法目前的研究针对DV-Hop算法的各种缺陷，提出了各种不同的改进方法，取得了一定的成果。

但还是还存在着以下一些问题：改进后的算法定位精度提高得不是很明显、增加了节点的能量消耗、算法对网络连通度依赖仍然过高等。

针对上述问题，本文通过研究DV-Hop算法及其改进算法的思路，综合利用各自的优势，讨论如何提高算法的定位精度，该改进算法拟解决下述4个问题：（1）寻找一种新的可控泛洪协议，既不降低泛洪广播方式的可靠性，还能减少信息内爆、重叠等现象，达到降低发送数据包的数量的目的。

在满足定位精度和定位覆盖率的基础上最大限度地降低节点的通信开销。

基于改进平均跳距和位置修正DV-HOP定位算法掌明【期刊名称】《电脑开发与应用》【年(卷),期】2013(000)010【摘要】针对传统DV-HOP算法在锚节点随机分布情况下定位误差和计算量较大的问题，提出了基于改进的平均跳距和位置修正的DV-HOP定位算法，根据节点的分布情况，锚节点计算其权值来动态调整其平均跳距，同时引入位置修正因子对用2种方法得到的位置信息进行修正，减少了定位误差，提高定位精度。

仿真结果表明，改进算法在不同的锚节点数和不同的锚节点比例情况下都有较好性能，和传统DV-HOP算法相比定位误差明显减小，定位精度明显提高。

%For convention DV-HOP algorithm, the node localization errors and computation are large. A DV-HOP location algorithm based on improved average distance and correction in position for wireless sensor networks was proposed, each anchor node calculates its weight to dynamic adjust the average distance according to nodes distribution, while position correction factor was use to correct the location information, and the position error was reduced and the position accuracy was improved. Simulation results show that in different proportion and number of nodes, our algorithm has better performance, compared with the convention DV-HOP algorithm, the position error can be reduced significantly and the accuracy can be improved significantly.【总页数】5页(P14-17,20)【作者】掌明【作者单位】淮海工学院，江苏连云港 222005【正文语种】中文【中图分类】TP393.1【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.基于平均跳距估计和位置修正的DV-Hop定位算法 [J], 刘少飞;赵清华;王华奎3.基于平均跳距估计的改进DV-Hop定位算法 [J], 刘少飞;赵清华;王华奎4.基于改进的平均跳距和估计距离的DV-Hop定位算法 [J], 沈明玉;张寅5.基于跳距修正与差分进化优化的改进DV-Hop定位算法 [J], 王磊; 巫韦华; 齐俊艳; 安葳鹏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一种改进的DV-Hop节点定位算法摘要节点定位是无线传感器网络中的关键技术之一。

在经典的DV-Hop算法的基础上,提出一种改进算法。

将传统的基于平面的节点定位算法扩展到三维空间,并设置一个门限跳数,减少了网络节点之间的通信量。

仿真结果表明,改进的算法能够有效地提高定位精度,具有较高的适应性。

关键词无线传感器网络;DV-Hop算法;门限跳数;三维0引言无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)就是由部署在监测区域内的大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统。

它与塑料电子学、仿生人体器官并称为全球未来三大高科技产业。

它在军事、工业、民用等领域有巨大的应用价值和前景。

在无线传感器网络中,节点的放置通常是随机的,因此,节点的位置信息是数据采集不可或缺的部分。

位置信息除了用来报告事件的发生地点外,还可用于协助路由、传感器网络安全、功率控制等。

根据定位过程中是否需要测量实际节点间距离,把定位算法分为基于距离的定位算法和距离无关的定位算法。

DV-Hop算法是目前研究和应用最为广泛的无需测距定位算法之一,但其在计算未知节点和信标节点间的距离时估算较粗糙,使其定位精度受到较大影响。

本文主要针对DV-Hop算法中存在的实用性不强和计算量大等一些问题进行了一些改进。

1DV-Hop算法简介美国路特葛斯大学的Ni-culescu等人利用距离矢量路由和GPS定位的原理提出了一系列分布式定位算法,合称为自组织定位系统(Ad-hocPositioning System,APS)A。

其中DV-Hop定位方法是目前应用最为广泛的节点定位算法之一。

基于二维空间的DV-Hop算法的过程:1.1测量未知节点与信标节点间的最小跳数每个信标节点采用广播的方式将其位置信息(IDi,xi,yi,Hopsi)传递给其他节点,其中,Hopsi是跳数,它的初始时为0,当接收节点接收到来自同一个信标节点但跳数不同的位置信息时,记录最小的跳数,忽略较大跳数的分组。

基于DV-Hop定位算法在三维空间的研究与改进伴随着传感器技术、无线通信技术、无线射频技术和嵌入式技术的日渐成熟,催生了物联网的兴起,其作为推动经济和科技发展的“重要生产力”,国家将其列为重点发展的战略性新兴产业。

无线传感器网络作为物联网体系结构中重要组成部分,引领着社会从互联网时代向物联网时代过渡。

节点定位技术作为无线传感器网络的不可或缺的技术之一,一直以来吸引着工业界和学术界的广泛关注和研究,现代社会迫切需要一种新型的高精度、低能耗、低成本定位算法。

在无线传感器网络中,位置信息利用坐标系表示出来,生成基于节点位置的网络拓扑图,便于无线传感网的管理和维护。

目前有许多基于二维平面的定位算法有较高的定位精度,但是在现实世界中我们所需要的是三维空间的高精度的定位算法。

本篇论文通过利用多通信半径探测信号来细化节点间跳数以及根据跳数误差指数对跳数进行加权,再利用锚节点的平均跳距误差和跳数的多少进行加权的思想精确未知节点的平均跳距,同时引入阈值HTL来保证用以定位的锚节点和未知节点处在整个网络的局部范围内。

最后利用差分进化改进算法优化了未知节点的坐标。

经过仿真实验验证,提出的基于DV-Hop的三维定位算法精度有了明显的提升。

基于坐标改正的改进DV-Hop定位算法节点定位技术作为无线传感网络(Wireless Sensor Network,WSN)最关键的技术之一,是诸多相关应用的基础。

按照定位过程中测距与否,节点定位算法分为基于测距定位算法和免测距定位算法。

前者虽定位精度较高,但成本及能耗较大,对硬件和周围环境要求较高,实用价值较低;后者只需依靠网络连通性或网络拓扑关系进行节点定位,因无需测量节点间距离从而有效的避免了直接测距误差的引入,具有成本低、易实现等优势,在实际应用中更受青睐。

DV-Hop算法作为一种经典的免测距定位算法,具有实现简单、定位精度高、成本和计算开销低等优点,被视为当前WSN实际应用广泛的定位算法。

但该算法在拓扑随机的网络中往往定位误差较大。

针对上述问题,本文深入研究了DV-Hop算法原理及实现过程,详细分析了其误差产生原因,在借鉴前人的优秀研究成果的基础上提出了改进算法。

本文的主要工作如下:1)介绍了DV-Hop算法的原理、实现步骤,通过仿真实验剖析了其误差来源,并对已有DV-Hop改进算法进行全面的概括和分类。

2)提出了名为CC-DV-Hop的改进算法。

首先,定义伪距误差因子筛选K个对平均跳距计算产生较小误差的参考节点,修正平均跳距的同时有效抑制网络拓扑随机分布影响;然后,视锚节点为未知节点,在修正平均跳距的同时,运用三边或多边测量法评估自身定位坐标和坐标改正值,并将修正后的平均跳距与坐标改正值向网络广播;最后,未知节点根据接收到的锚节点信息进行定位,并利用特定锚节点的定位误差来修正自身定位误差,从而有效提高节点定位精度。

3)借助Matlab7.0平台进行仿真分析。

仿真结果表明:CC-DV-Hop算法的每个改进阶段均有效的提升了DV-Hop算法的节点位置估算精度;CC-DV-Hop算法定位精度比DV-Hop算法提升约24%~35%,比部分改进算法具有更高的定位精度和稳定性;当K值为锚节点的1/3~1/2时,CC-DV-Hop算法的节点位置估算最准确;从通信开销和算法复杂度考虑,相同的通信开销下,CC-DV-Hop算法虽算法复杂度略高,但定位精度提升明显。

第7期2018年4月No.7April，2018美国的Rutgers University（路特葛斯大学）的 Niculescu等[1]利用GPS定位和距离向量路由的原理提出了（DistanceVector-Hop，DV-Hop）定位算法。

1 DV-Hop算法的过程DV-Hop定位算法可以分为3个过程：第一过程是无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）中使用经典距离矢量交换协议来获得节点距锚节点的最小跳数；第二过程是每个锚节点根据与其他锚节点之间的距离和最小跳数，计算自己的平均跳距，并采用可控洪泛法向全网广播，保证未知节点仅收到一个广播值；第三过程是未知节点利用收到的广播值与至少3个的锚节点的最小跳距，来获得未知节点到锚节点距离，然后采用3边测量定位或者最小二乘法来得到自身的位置。

2 获得节点距锚节点的最小跳数首先使用距离矢量交换协议，锚节点向它的邻居节点广播消息，消息包括锚节点的标识符、位置信息和跳数值，跳数的初始值设置为0；邻居节点接收到消息后，先将跳数值加1，然后记录下此消息，并将记录下的信息广播给它的邻居节点，重复以上步骤，直到所有节点都具有锚节点的位置信息和彼此间的最小跳数。

由于采用广播的途径，一个锚节点广播的消息可能多次到达同一节点，导致信息冗余，增加了通信开销。

为了消除广播消息的无限循环，只有新的锚节点消息才能被节点广播，垃圾消息将被抛弃。

垃圾消息是指节点在接收信息的时候，由于路径的不同，导致节点可能收到多个相同锚节点的信息，感兴趣的是跳数值最小的那条消息，其他消息都认为是垃圾消息。

3 未知节点获得平均跳距锚节点根据自己存储的消息，即其他锚节点的标识符、位置信息和跳数值通过式（1）运算得到这个锚节点跟其他锚节点之间的每跳的平均距离，即平均跳距：HopSizeij i≠=（1）i代表这个锚节点，j代表其他锚节点，（x i,y i）和（x j,y j）分别表示节点i和节点j的位置的坐标，hop j表示锚节点i和锚节点j的跳数值，HopSize i是锚节点i的平均跳距。

基于DV-Hop的改进型WSN定位算法的开题报告一、研究背景及意义无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量部署在监测区域内，能够感知所在环境状态并将信息传递到基站的节点组成的网络。

WSN具有网络规模大，节点数量众多，节点间隔远，节点能量受限等特点。

节点的精确定位是WSN中的一个重要研究点，对于实现WSN的具体应用具有非常重要的意义，如物联网、智能家居、智能交通等。

DV-Hop算法是WSN中常用的定位算法之一，它只需要知道节点之间的距离信息即可计算每个节点的位置，结构简单，算法效率高，但其在实际应用中存在诸多问题，主要有三方面：1. 地距离采样误差大：节点在进行信号传播时受到了“阻尼衰减”效应影响，导致所得到的距离样本值不准确，误差较大。

2. 近邻问题：在节点稀疏或节点分布较为不均匀的情况下，节点会选择距离自己最近的若干个节点计算位置，这就会导致“近邻距离集中”问题的产生，造成定位误差。

3. 锚点稀疏性问题：锚点是用于提高节点定位精度的重要元素，锚点的位置应该分布在整个监测区域内，但实际中由于成本等各种因素，锚点部署的数量比较少，无法满足监测区域内所有节点的需要。

为了解决上述问题，本文将针对DV-Hop算法中存在的问题，提出基于改进型DV-Hop算法的实现，从而提高无线传感器网络的精确定位效果，为后续的应用提供有效技术支撑。

二、研究内容及目标本文主要研究内容包括：1. 对DV-Hop算法中存在的问题进行分析，重点研究地距离采样误差大、近邻问题和锚点稀疏性问题。

2. 提出基于改进型DV-Hop算法的实现，主要包括优化距离估计算法、质心算法、最优邻居选择算法和锚点部署优化算法等。

3. 进行实验验证，分析改进后的算法定位精度、能耗、鲁棒性等性能指标，并与其他定位算法进行对比分析。

本文的研究目标包括：1. 通过实验验证，能够显著提高DV-Hop算法中的定位精度，降低误差。

无线传感器网络中一种改进的DV-Hop定位算法的开题报告一、选题背景及意义随着科技飞速发展，物联网已经成为了数字化转型的必要部分。

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）作为物联网的一种重要形态，可以实现基于环境监测、工业自动化、智能家居等多种应用。

其中，基于定位的应用更是非常广泛，如精准定位、地震预警、信号监测等。

WSN中节点的位置信息对于绝大多数应用非常重要。

传感器节点一般没有GPS等定位设备，因此需要通过线上算法进行定位。

DV-Hop算法是一种比较常用和简单的无线传感器定位算法，其原理是基于跳数和信号强度进行估算。

然而，DV-Hop算法存在诸多缺点，例如对于信号衰减、障碍物等复杂环境无法有效解决，同时也容易受到节点位置误差和信号噪声等因素的影响。

因此，不断改进和优化DV-Hop算法是当前无线传感器网络领域的一个热门研究方向。

二、研究目标与意义本次研究的主要目标是针对DV-Hop算法的缺点进行改进，提出一种新的DV-Hop定位算法，并在真实环境中进行实验验证其效果和性能。

具体实现包括：1. 提出一种新的基于DV-Hop的定位算法，改进现有算法的缺点。

2. 设计并搭建测试系统，测试新算法的性能和优势。

3. 对新算法进行数学建模和分析，进一步探究算法的原理和特点。

4. 将新算法与现有算法进行对比，验证其效果和性能。

三、研究内容和思路本次研究主要包括以下几个方面：1. 综述现有的无线传感器网络定位算法，并重点介绍DV-Hop算法的原理和缺点。

2. 分析现有DV-Hop算法的不足之处，并在其基础上提出一种改进的算法，以应对实际使用环境的复杂性。

3. 设计和搭建测试系统，采用多种指标（如定位误差、定位准确度、能耗等）对不同算法进行测试和比较，验证算法的性能和优势。

4. 对新算法进行数学建模和分析，探究算法的特点和实用性，同时考虑算法的优化和改进空间。

5. 将新算法与现有算法进行对比，验证其优势和实用性。