CN104994578A - 基于修正的仿真曲线拟合的非测距定位算法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于修正的仿真曲线拟合的非测距定位算法，其特征在于：该算法所需设备以及实现步骤如下：所需设备：无线传感器节点组，包括400个无线传感器节点，其中80个无线传感器节点已知自己的位置，称为锚节点，用表示，表示在平面直角坐标系上的x轴和y轴坐标；320个无线传感器节点的位置未知，称为未知节点，用表示，表示

Description

基于修正的仿真曲线拟合的非测距定位算法
技术领域
    本发明涉及一种基于修正的仿真曲线拟合的非测距定位算法，属于无线传感器网络技术领域。
背景技术
定位技术作为无线传感器网络中的关键技术之一，在复杂环境和无法人工部署节点的情况下，通过随机播撒的方式进行节点部署，因此，定位技术成为不可或缺的一部分。基于非测距的定位技术是目前国内外应用中常用的方法，而DV-Hop算法是非测距定位技术中实用应用范围最广的一种，它解决了高误差和高开销的问题，在节点规模较大、通信量较大的无线传感器网络中，是一种非常好的定位解决手段。
目前，国内外基于DV-Hop算法的研究和改进越来越多，DV-Hop在计算未知节点与锚节点间的估算距离时，用跳数乘以平均每跳距离表示，而当网络中的跳数大于或等于2跳时，未知节点与锚节点间的实际距离与跳数乘以平均每跳距离所得的值，存在较大的误差，定位精度会下降。大多数研究都是从节点平均每跳距离入手，通过精确平均每跳距离来提高定位精度，经典的算法包括利用锚节点个数、采用最小均方误差准则和利用加权处理的方式等。
基于修正的仿真曲线拟合算法(简称ASCF)在定位技术研究现状和非测距定位算法的基础上，对DV-HOP定位算法的跳段距离和锚节点选择上进行修改，减小平均每跳距离造成的距离误差，提高定位精度。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种基于修正的仿真曲线拟合的非测距定位算法，其改善在复杂环境下定位精度低的问题，通过对原算法的跳段距离和锚节点选择上进行修改，从而减小距离误差，提高定位精度。
本发明的技术方案是这样实现的：基于修正的仿真曲线拟合的非测距定位算法，其特征在于：该算法所需设备以及实现步骤如下：
所需设备：无线传感器节点组，包括400个无线传感器节点，其中80个无线传感器节点已知自己的位置，称为锚节点，用表示，表示在平面直角坐标系上的x轴和y轴坐标；320个无线传感器节点的位置未知，称为未知节点，用表示，表示在平面直角坐标系上的x轴和y轴坐标。400个无线传感器节点随机分布在200m×200m的网络区域中。无线传感器节点的通信半径均为60m，一个无线传感器节点通信半径内的其它节点，称为该无线传感器节点的邻居节点。任意两个无线传感器节点，如果它们间的真实距离小于或等于通信半径，则两个无线传感器节点间的跳数值为1，如果它们间的真实距离大于通信半径，两个无线传感器节点通信需要经过另外N(N≥2)个无线传感器节点，则两个无线传感器节点间的跳数值为N+1。
实现步骤：
1、构建矩阵Hop_A，Hop_A(p,q)为矩阵Hop_A的第p行，第q列元素，Hop_A(p,q)表示Node_A(p)与Node_A(q)间的最小跳数值，如果p=q，那么Hop_A(p,q)=0，p=1,2,…,80，q=1,2,…,80。
2、构建矩阵为矩阵Hop_U的第行，第列元素，表示与间的最小跳数值，。
3、构建向量为向量R中的第个元素。对应矩阵Hop_U中的跳数值，设Node_U()到Node_A()经过的无线传感器节点个数用表示，。
4、构建个路径向量为向量中的第r个元素，对应矩阵Hop_U中的跳数值，设到经过的无线传感器节点用路径向量表示，。
5、构建向量为向量L中的第个元素。在路径向量中，设到经过的锚节点的个数用表示，。
6、构建个向量为向量中的第个元素，为路径向量中的第个锚节点。
7、构建矩阵为矩阵的第行，第列元素，表示路径向量中与间的跳数值，。
8、构建向量为第个元素，根据公式
计算每两个锚节点之间的平均每跳距离。
9、将平均每跳距离发送给所有无线传感器节点，接收向量的多个元素。构建向量为第个元素，表示第一个接收的向量的元素，。
10、构建矩阵为第行，第列元素，根据公式
计算对应间的真实距离。
11、构建矩阵为第行，第列元素，根据公式
计算对应与之间的估算距离。
12、构建矩阵为第行，第列元素，根据公式
计算到的估算距离。
13、对于，从中任意找三个不同的锚节点和。
14、根据公式
计算未知节点在平面直角坐标系上的位置。
通过以上步骤可以通过找到未知节点到每个锚节点所经过的第一个锚节点，从而直接用两个锚节点的真实距离代替原来的估算距离，大大提高了未知节点的定位精度。
       本发明的积极效果是减小未知节点到锚节点的距离误差，通过两个锚节点间的真实距离代替原来的平均每跳距离计算出的估算距离，提高定位的准确性，减少节点因为距离误差造成的不必要的能量浪费，进而延长网络区域的整个生命周期。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述：
基于修正的仿真曲线拟合的非测距定位算法，其特征在于：该算法所需设备以及实现步骤如下：
所需设备：无线传感器节点组，包括400个无线传感器节点，其中80个无线传感器节点已知自己的位置，称为锚节点，用表示，表示在平面直角坐标系上的x轴和y轴坐标；320个无线传感器节点的位置未知，称为未知节点，用表示，表示在平面直角坐标系上的x轴和y轴坐标。400个无线传感器节点随机分布在200m×200m的网络区域中。无线传感器节点的通信半径均为60m，一个无线传感器节点通信半径内的其它节点，称为该无线传感器节点的邻居节点。任意两个无线传感器节点，如果它们间的真实距离小于或等于通信半径，则两个无线传感器节点间的跳数值为1，如果它们间的真实距离大于通信半径，两个无线传感器节点通信需要经过另外N(N≥2)个无线传感器节点，则两个无线传感器节点间的跳数值为N+1。
实现步骤：
1、构建矩阵为矩阵的第p行，第q列元素，表示与间的最小跳数值，如果p=q，那么。
2、构建矩阵为矩阵的第行，第列元素，表示与间的最小跳数值，。
3、构建向量为向量R中的第个元素。对应矩阵中的跳数值，设到经过的无线传感器节点个数用表示，。
4、构建个路径向量为向量中的第r个元素，对应矩阵Hop_U中的跳数值，设到经过的无线传感器节点用路径向量表示，。
5、构建向量为向量L中的第个元素。在路径向量中，设到经过的锚节点的个数用表示，。
6、构建个向量为向量中的第w个元素，为路径向量中的第w个锚节点。
7、构建矩阵为矩阵hop的第行，第列元素，表示路径向量中与间的跳数值，。
8、构建向量为第个元素，根据公式
计算每两个锚节点之间的平均每跳距离。
9、将平均每跳距离发送给所有无线传感器节点，接收向量的多个元素。构建向量为第个元素，表示第一个接收的向量的元素，。
10、构建矩阵为第行，第列元素，根据公式
计算对应与间的真实距离。
11、构建矩阵为第行，第列元素，根据公式
计算对应与之间的估算距离。
12、构建矩阵为第行，第列元素，根据公式
计算到的估算距离。
13、对于，从中任意找三个不同的锚节点。
14、根据公式
计算未知节点在平面直角坐标系上的位置。
通过以上步骤可以通过找到未知节点到每个锚节点所经过的第一个锚节点，从而直接用两个锚节点的真实距离代替原来的估算距离，大大提高了未知节点的定位精度。

Claims (1)

1.基于修正的仿真曲线拟合的非测距定位算法，其特征在于：该算法所需设备以及实现步骤如下：
所需设备：无线传感器节点组，包括400个无线传感器节点，其中80个无线传感器节点已知自己的位置，称为锚节点，用表示，表示在平面直角坐标系上的x轴和y轴坐标；320个无线传感器节点的位置未知，称为未知节点，用表示，表示在平面直角坐标系上的x轴和y轴坐标；400个无线传感器节点随机分布在200m×200m的网络区域中；无线传感器节点的通信半径均为60m，一个无线传感器节点通信半径内的其它节点，称为该无线传感器节点的邻居节点；任意两个无线传感器节点，如果它们间的真实距离小于或等于通信半径，则两个无线传感器节点间的跳数值为1，如果它们间的真实距离大于通信半径，两个无线传感器节点通信需要经过另外N(N≥2)个无线传感器节点，则两个无线传感器节点间的跳数值为N+1；
实现步骤：
1、构建矩阵Hop_A，Hop_A(p,q)为矩阵Hop_A的第p行，第q列元素，Hop_A(p,q)表示Node_A(p)与Node_A(q)间的最小跳数值，如果p=q，那么Hop_A(p,q)=0，p=1,2,…,80，q=1,2,…,80；
2、构建矩阵为矩阵Hop_U的第行，第列元素，表示与间的最小跳数值，；
3、构建向量为向量R中的第个元素；对应矩阵Hop_U中的跳数值，设Node_U()到Node_A()经过的无线传感器节点个数用表示，；
4、构建个路径向量为向量中的第r个元素，对应矩阵Hop_U中的跳数值，设到经过的无线传感器节点用路径向量表示，；
5、构建向量为向量L中的第个元素；在路径向量中，设到经过的锚节点的个数用表示，；
6、构建个向量为向量中的第个元素，为路径向量中的第个锚节点；
7、构建矩阵为矩阵的第行，第列元素，表示路径向量中与间的跳数值，；
8、构建向量为第个元素，根据公式
计算每两个锚节点之间的平均每跳距离；
9、将平均每跳距离发送给所有无线传感器节点，接收向量的多个元素；构建向量为第个元素，表示第一个接收的向量的元素，；
 10、构建矩阵为第行，第列元素，根据公式
计算对应间的真实距离；
11、构建矩阵为第行，第列元素，根据公式
计算对应与之间的估算距离；
12、构建矩阵为第行，第列元素，根据公式
计算到的估算距离；
13、对于，从中任意找三个不同的锚节点和；
14、根据公式
计算未知节点在平面直角坐标系上的位置；
通过以上步骤可以通过找到未知节点到每个锚节点所经过的第一个锚节点，从而直接用两个锚节点的真实距离代替原来的估算距离，大大提高了未知节点的定位精度。
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