[发明专利]一种基于节点连接关系的DV-Hop改进集中式定位方法

说明书

本发明涉及一种基于节点连接关系的DV‑Hop改进集中式定位方法，首先每个未知节点获知信标点的位置信息以及距离其他节点的最短跳数；接着每个未知节点获取信标点的平均每跳距离并估算出到信标点的距离；然后每个未知节点通过最小二乘法估算出自身位置坐标作为初始定位结果，然后将初始定位结果以及未知节点的邻居节点信息发送给中心节点；最后中心节点建立最优化问题并求解出该最优化问题，从而计算出所有未知节点的位置坐标。本发明的方法能够有效提高DV‑Hop算法的定位精确度。

技术领域

本发明涉及无线定位技术领域，特别是一种基于节点连接关系的DV-Hop改进集中式定位方法。

背景技术

在无线传感网中，对传感器节点进行定位主要有测距和免测距这两类方法。与基于测距的定位方法相比，免测距定位虽然定位精确度较低，但由于不需要专用的测距硬件，所以成本非常低，特别适用于低成本无线传感器网络的节点定位。在现有的众多免测距定位算法中，DV-Hop(Distance Vector-Hop)方法的独特优点在于即使未知节点周围没有3个以上信标节点，该方法仍然能对该未知节点进行定位。所以DV-Hop在信标节点稀疏情况下的低成本无线传感器网络中得到广泛应用。

2001年，美国罗格斯大学的Dragos Niculescu和Badri Nath提出了一系列基于距离路由矢量的分布式定位算法，统称为APS(Ad Hoc Positioning System，自组网定位系统)。其中包括DV-Hop算法、DV-distance算法和Euclidean算法。DV-Hop算法的基本原理是，每个信标点根据其到其他信标点的直线距离和最短跳数计算出自身的平均跳距，然后对每个未知节点来说，它到各信标点的估测距离为该未知节点到各信标点的最短跳数乘以各信标点的平均跳距，最后采用最小二乘法计算出未知节点的估计位置。

DV-Hop算法的流程可以分为以下三个阶段：

第一阶段：获取信标点的位置信息以及距离信标点的最小跳数；

每个信标点向全网发送包括位置信息和跳数信息的广播数据包，跳数字段的初始值为0。当节点接收到该信标点的广播数据包时，此节点将数据包中的跳数加1，然后记录该数据包中的信息，将该数据包继续广播出去。如节点收到多个来自同一信标点的信息，该节点只保留跳数最小的信息组，通过这种方法记录自己到每个信标点的最小跳数以及信标点的位置信息。

第二阶段：估算未知节点到信标点的距离；

根据两个信标点间的欧氏距离和最小跳数，计算信标点的平均每跳距离，每个信标点将计算得到的平均每跳距离广播到全网。每个未知节点收到各信标点的平均每跳距离后，通过平均每跳距离和第一阶段得到的到各信标点的最小跳数的乘积来计算与各信标点的近似距离。

第三阶段：未知节点计算位置坐标；

未知节点得到与三个以上不同信标点的距离后，通过最小二乘法来计算自己的位置坐标。

原始的DV-Hop方法是依据跳数来计算平均跳距的，因此当节点分布不均匀时，计算得到的平均跳距就会偏大，从而增大定位误差。为了提高DV-Hop方法的定位精度，国内外学者相继提出了许多改进方法。虽然这些方法都在一定程度上降低了定位误差，但是它们和原始DV-Hop方法都存在一个问题，就是在求得定位结果后，并没有进一步验证根据定位结果推算出来的节点之间连接关系是否仍然符合真实的节点连接关系。比如，对于互为邻居的两个未知节点来说，由于DV-Hop方法的定位结果存在误差，如果根据它们定位结果再次推算它们是否仍然是邻居，那么很可能推算出它们不是邻居，这样就与真实情况不符。所以本发明针对定位结果的网络连接关系问题，进一步改进DV-Hop定位方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于节点连接关系的DV-Hop改进集中式定位方法，有效降低了定位误差。