[发明专利]一种基于路径匹配的改进DV-Hop定位方法

说明书

一种基于路径匹配的改进DV‑Hop定位方法，包括步骤：在设定的监测区域内随机布设若干个网络节点，若干个网络节点包括信标节点和未知节点；通过路径匹配算法确定未知节点到信标节点的距离估计值；使用Lateration算法计算未知节点的初始位置；使用改进的粒子群算法对初始位置进行优化。由于通过路径相似度参数选择最佳信标间路径来逼近未知节点与信标间路径，从而相对精确地确定平均每跳距离参数值，使得距离估计值更逼近实际距离，提高了测距精度；此外在定位阶段增加改进的粒子群算法提高定位精度。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，具体涉及一种基于路径匹配的改进DV-Hop定位方法。

背景技术

经典的DV-Hop定位方法应用于无线传感器网络节点定位领域，是由美国路特葛斯大学(Rutgers University)的Dragos Niculescu等人提出的一种无需专门设备测距的定位方法。DV-Hop方法的基本思想是：网络中节点通过多跳通信连接，根据网络中部分自身位置已知的节点(称为信标节点)，将未知节点到信标节点之间的距离用平均每跳距离和两者之间最小跳数的乘积表示，然后通过Lateration算法计算未知节点的坐标。DV-Hop方法的最大优点是无需直接测距，实现思路灵活，易于开展。经典DV-Hop定位算法的定位步骤可以归纳为以下两步：

(1)使用距离矢量交换协议，使网络中所有节点获得距离每个信标节点的最小跳数。每个信标节点在获得其他信标节点位置和相隔最小跳数之后，采用公式计算网络平均每跳距离，然后将其作为一个校正值广播到网络中：

式中(xi，yi)、(yi，yj)是信标节点i和j的坐标，hij是i和j(i≠j)之间的跳数。未知节点从最近的信标节点处接收校正值，依次估计自身到各信标节点之间的距离di，计算公式如下：

d_i＝H×h_i，

式中，H是网络平均跳距值的校正值，hi是未知节点到信标节点i的最小跳数值。

(2)当某一未知节点获得与3个或更多个信标节点之间的距离时，采用Lateration算法实现定位计算，获得定位结果。

DV-Hop方法的主要不足在于：大多数应用中节点都是随机布设时，其分布的不均匀会使得通过全网信标节点间距离和除以跳数和平均计算取得的每跳距离估值不能真实反映未知节点与每一个信标之间的每跳平均距离值；另外，Lateration算法对测距误差极为敏感，当距离误差较大时，其定位精度是不能保证的。针对DV-Hop方法的不足之处，很多学者提出多种基于经典DV-Hop方法的改进策略，以期提高其在多样化应用环境下的定位精度。多数改进策略集中在DV-Hop方法第一步骤中的平均跳距修正上面，如利用RSSI测距值调整节点间的跳数记录，并基于跳数计算每个未知节点的加权平均每跳距离参数，以此修正未知节点与信标节点之间的距离估计值，达到提高定位精度的目的；或者通过设定跳数阈值限定了局部信标参与平均每跳距离值的估计，针对1跳范围内未知节点与信标节点间的距离估值，采用RSSI测距值代替，并计算信标节点间实际距离与估算距离之间的误差，再利用该误差反向修正平均每跳距离参数；还有针对每个未知节点，对设定跳数阈值内的信标的平均每跳距离值根据跳数进行加权平均计算，获得每个未知节点的平均每跳距离值，完成初步定位计算后，利用获得位置信息的未知节点反推原信标节点的位置，并计算所有信标节点位置误差值的加权平均值来反向修正未知节点位置。这些策略在一定的实验环境下对定位误差有所改善，但针对各种可能出现的节点分布情况，未能从根本上解决节点间分布不均带来的估算误差；也有的改进方法针对第二步骤的节点定位算法进行改进，但这些策略执行的计算条件均在默认距离估计值精确的前提下，且计算量较大，在分布式定位计算模型中使用存在很大挑战。

通过以上对DV-Hop算法以及相关改进方法的分析可知，算法产生误差的主因是针对每个未知节点计算到信标节点距离时平均每跳距离参数的不精确统计以及定位算法对距离误差的敏感度。

发明内容