[发明专利]基于可靠信标节点的DV-HOP改进的无线传感器网络定位方法

说明书

本发明涉及一种基于可靠信标节点的DV‑HOP改进的无线传感网定位方法：无线传感器网路的初始化；设计最大跳数阈值，去除大跳数不可靠信标节点，形成候选信标节点集；利用越近似正三角形的三个信标节点误差越小的原理和余弦定理选取m组每组三个信标节点；其中最接近正三角形的一组为可靠信标节点，计算自身的平均跳距，并估算未知节点与可靠信标节点的距离并修正；列距离方程组，利用最大似然估计法算出未知节点的位置坐标。本发明引入可靠信标节点的概念，减少原有DV‑HOP算法利用信标节点定位时，信标节点跳数过大，信标节点共线带来的误差问题，在满足三个信标节点定位条件的情况下，信标节点的个数对于定位误差影响很小，提高了定位的精度。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络定位技术，具体来说是一种基于可靠信标节点的DV-HOP改进的无线传感器网络节点定位方法，主要用于解决DV-HOP算法在节点定位方面产生的误差问题。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,简称WSNs)由大量传感器节点以无线自组织和多跳的方式构建而成，传感器感知部署范围内的特定感知信息，并通过节点之间的相互协作，对感知信息进行收集、处理和传输，最后实现感知数据的上报，为用户决策提供数据支撑。无线传感器网路在各个领域都有着非常广阔的应用，包括军事领域、环境监测、智能家居、智能交通、智慧农业、智慧医疗、智能建筑以及防灾减灾领域等。这些应用都需要节点的位置信息，所以节点的定位十分重要。

节点定位的原理，即是根据少量的已知自身位置的节点，通过各种算法估计出网络中未知节点的位置。网络中有一小部分节点安装了GPS，其位置已知，这些节点成为信标节点，先将信标节点的位置作为参考信息，再对其他未知节点的位置进行估计和定位。当前无线传感器网络节点定位算法根据是否需要硬件支撑分为两类：需要测距的和不需要测距的；其中，需要测距的定位算法需要硬件提供支持，定位成本相对较高；无需测距的定位算法不需要硬件支持，工作过程相对简单，已经成为主要的研究方向。无需测距的定位算法主要有质心定位算法和DV-HOP算法，质心定位算法根据无线传感器网络的连通性和位置节点但不断接收到的信标节点发送信息进行定位，但其定位误差较大，无法准确确定未知节点的位置。

标准DV-HOP定位算法根据信标节点和未知节点之间的跳距实现节点定位。包括距离矢量交换，平均跳距的计算与广播，利用最大似然法或者三边估计法三个步骤进行定位，标准的DV-HOP算法中，在选择信标节点时可能三个信标节点是共线的或者逼近共线的，这样在这个方面定位会引起巨大的误差。

发明内容

本发明涉及一种基于可靠信标节点的DV-HOP改进的无线传感器网络定位方法。为了提高DV-HOP定位技术的定位精度，本发明提供了一种基于可靠信标的DV-HOP技术。在现有的DV-HOP定位方法的基础上，该方法引进了可靠信标的概念，减少了信标节点可能在同一直线上带来的误差，有效地提高了节点的定位精度。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种无线传感器网络定位方法，其包含以下过程：

步骤S1：对无线传感器网络进行初始化，得到每个节点各自的跳数最小信息组；无线传感器网络的节点，包含位置信息已知的信标节点，和待定位的未知节点；每个节点作为其他信标节点通信范围内的接收节点时，该接收节点对应的跳数最小信息组，包含其他信标节点到该接收节点的最小跳数；

步骤S2：设定最大跳数阈值；限制未知节点的最大跳数，选择未知节点附近跳数符合所述最大跳数阈值的信标节点，形成候选的信标节点集；

步骤S3：选择可靠的信标节点组：以未知节点为圆心，节点通信半径为半径作圆，以基于候选的信标节点集形成k个同心的虚拟圆环，使相同跳数的信标节点位于同一圆环内；利用三个信标节点组成的三角形越近似正三角形定位误差越小的原理和余弦定理，从候选的信标节点集中选出m组每组三个信标节点；