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基于加权和RSSI测距的DV-Hop定位算法

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数据采集与处理 2021年第6期36卷 1217-1225页

作者：吴之舟张玲华南京邮电大学通信与信息工程学院南京210023

从跳数计算、跳距估计和估算坐标算法入手,提出一种改进DV-Hop算法。首先采用多通信半径优化跳数,然后采用加权法修正平均跳距,再利用接收信号强度(Received signal strength indicator,RSSI)测距技术通过定义平均跳距误差实现二次修正... 详细信息

从跳数计算、跳距估计和估算坐标算法入手,提出一种改进DV-Hop算法。首先采用多通信半径优化跳数,然后采用加权法修正平均跳距,再利用接收信号强度(Received signal strength indicator,RSSI)测距技术通过定义平均跳距误差实现二次修正,最后采用加权最小二乘法消除误差项的异方差性,进一步降低误差。仿真结果表明,改进算法在保持较小时间复杂度的同时能降低定位误差。

关键词： DV-Hop 多通信半径接收信号强度跳距加权加权最小二乘法

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基于改进模拟退火的DV-Hop定位算法

计算机工程与设计 2022年第10期43卷 2711-2717页

作者：惠海波张玲华南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003

为减小无线传感器网络中DV-Hop算法的定位误差,在研究模拟退火算法的基础上,提出一种改进的定位算法。利用多通信半径细化节点跳数,在使用模拟退火算法计算锚节点的平均跳距时,从初始温度、降温系数、记忆功能等方面对模拟退火算法进行... 详细信息

为减小无线传感器网络中DV-Hop算法的定位误差,在研究模拟退火算法的基础上,提出一种改进的定位算法。利用多通信半径细化节点跳数,在使用模拟退火算法计算锚节点的平均跳距时,从初始温度、降温系数、记忆功能等方面对模拟退火算法进行改进,避免重复搜索,提高其全局搜索能力,在估算未知节点坐标时采用加权最小二乘法求解未知节点的坐标。仿真结果表明,该算法可行有效,与其它算法相比,在定位精度上有一定提升。

关键词：无线传感网络 DV-Hop算法模拟退火算法多通信半径平均跳距加权最小二乘法

基于跳距修正与狮群优化的WSNs三维定位算法

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计算机工程与科学 2021年第8期43卷 1405-1412页

作者：苟平章刘学治孙梦源何博西北师范大学计算机科学与工程学院甘肃兰州730070

针对DV-Hop在三维空间中存在定位误差,为提高节点定位精度,提出一种基于跳距修正和狮群优化的WSNs三维定位算法(HCLSO-3D)。首先,通过多通信半径传播,对节点跳数进行精确划分,得到优化跳数值。其次,使用相似路径搜索算法获取与待定位节... 详细信息

针对DV-Hop在三维空间中存在定位误差,为提高节点定位精度,提出一种基于跳距修正和狮群优化的WSNs三维定位算法(HCLSO-3D)。首先,通过多通信半径传播,对节点跳数进行精确划分,得到优化跳数值。其次,使用相似路径搜索算法获取与待定位节点到相应锚节点之间最相似的锚节点对的路径,对此路径平均跳距值进行修正,得到待定位节点到目标锚节点的平均跳距。最后,利用狮群算法优化求解待定位节点坐标位置。仿真结果表明,在同样的网络环境下,HCLSO-3D算法与3D-DVHop定位算法和文献[16]定位算法相比,定位精度明显提高。

关键词：无线传感器网络三维节点定位多通信半径跳距修正狮群优化

融合测距修正和哈里斯鹰优化的DV-Hop定位算法

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电子测量技术 2023年第11期46卷 166-172页

作者：曹鹏飞王秀英孟庆斌天津中德应用技术大学智能制造学院天津300350

针对传统DV-Hop定位算法在无线传感器网络节点定位时精度偏低的问题,本文提出了一种基于测距修正和哈里斯鹰优化算法的DV-Hop改进算法。该算法采用多通信半径调整网络节点最小跳数,利用最小均方差和权重因子优化网络节点平均跳距,采用... 详细信息

针对传统DV-Hop定位算法在无线传感器网络节点定位时精度偏低的问题,本文提出了一种基于测距修正和哈里斯鹰优化算法的DV-Hop改进算法。该算法采用多通信半径调整网络节点最小跳数,利用最小均方差和权重因子优化网络节点平均跳距,采用改进的哈里斯鹰算法替代最小二乘法进行位置计算,引入Tent混沌映射、精英群体制度和正余弦优化策略以避免算法过早陷入局部优化,通过最优解求解得到网络节点近似坐标值。仿真结果表明,在不同条件下,改进算法与传统DV-Hop算法和ABCDV-Hop算法相比能够具有更好的定位能力,节点定位误差平均下降20.13%和7.74%,定位精度较高。

关键词：节点定位 DV-Hop 多通信半径最小均方差哈里斯鹰算法

基于测距修正和蜜獾优化的改进DV_Hop定位算法

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电子测量技术 2022年第9期45卷 147-153页

作者：宋跃才林海涛卞媛肖丹妮海军工程大学电子工程学院武汉430030

针对传统DV_Hop算法在无线传感器网络中定位精度不足的问题,提出一种基于测距修正和蜜獾优化的改进DV_Hop定位算法。首先,通过多通信半径细化节点间最小跳数;其次,利用最小均方差准则与修正因子减少跳距误差;最后引入全局寻优性能优异... 详细信息

针对传统DV_Hop算法在无线传感器网络中定位精度不足的问题,提出一种基于测距修正和蜜獾优化的改进DV_Hop定位算法。首先,通过多通信半径细化节点间最小跳数;其次,利用最小均方差准则与修正因子减少跳距误差;最后引入全局寻优性能优异的改进蜜獾算法代替最小二乘法计算未知节点坐标,进一步降低计算误差。经网络仿真验证,在不同条件下,优化算法较传统DV_Hop算法和改进算法(PDDV_Hop)定位误差平均下降16.62%、3.92%,能够有效地提高定位精度,且优化算法定位精度受锚节点数量影响较小,可在保证定位精度的前提下降低锚节点部署成本。

关键词：无线传感器网络节点定位 DV_Hop算法多通信半径最小均方差蜜獾算法

基于DV-Hop的无线传感器网络定位算法研究

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基于DV-Hop的无线传感器网络定位算法研究

作者：尼迎波广西师范大学

学位级别：硕士

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)被认为是近年来研究的热点之一,在过去几年已经有很多国内外学者对此展开研究工作,无线传感器网络得以迅速发展。无线传感器网络在健康医疗、公共安全、工业控制、环境监测、智能家居、国... 详细信息

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)被认为是近年来研究的热点之一,在过去几年已经有很多国内外学者对此展开研究工作,无线传感器网络得以迅速发展。无线传感器网络在健康医疗、公共安全、工业控制、环境监测、智能家居、国防军事等重要领域得到了广泛的应用。WSN通过传感器节点进行监测、控制等一系列活动。传感器节点要知道自己的位置,才会更有意义,对事件的处理帮助更大,但是信标节点的成本比未知节点的成本要贵,全部用成信标节点不太现实,此时就需要定位技术的支撑,通过少量的信标节点可以计算出周围的未知节点的位置。节点定位是无线传感器网络的研究热点之一,而高精度定位被认为是无线传感器网络最具有挑战的热点之一。很多的学者都对定位算法提出了诸多方式的改进,提高定位精度。本文也是本着提高定位精度的目的,对DV-Hop算法提出了两种方式的改进。本文的主要工作如下:(1)简述无线传感器网络节点定位的研究背景及意义,查阅了国内外现状,对DV-Hop算法及其改进算法进行分析与总结。还介绍了基本的节点位置计算方法以及经典的无需测距方法。(2)研究DV-Hop算法的计算过程,分析其不足。在前人的基础上提出了两种思路的改进:第一种是MCDV-hop算法——基于多通信半径加余弦定理的DV-Hop算法。算法采用多通信半径进行广播位置,获取未知节点与信标节点之间的最小跳数,估计未知节点与对应信标节点的距离,利用余弦定理对估计跳距进行调整,最后用三边测量法或极大似然估计法估算位置坐标。第二种是采取移动信标节点移动路线的不同和信标节点数目的不同分别记为MARDV-Hop算法和MAQDV-Hop算法。算法采用固定位置布置移动信标节点,然后移动信标节点经过移动构造出多个虚拟的信标节点,然后未知节点会根据移动信标节点每一次移动后的位置信息计算自身坐标,经过多次求得自身坐标取平均值作为最后的坐标。(3)对本文提出的两种改进算法进行仿真实验,并与经典的DV-Hop算法、所参考文献的算法放到同样的环境中进行比较分析,两种算法在定位精度上均有所提高。

关键词： WSN DV-Hop算法多通信半径余弦定理移动信标节点

三维空间中基于群体智能算法的WSN节点定位研究

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三维空间中基于群体智能算法的WSN节点定位研究

作者：程忙忙贵州大学

学位级别：硕士

定位技术是三维无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)的重要支撑技术之一,节点位置的准确性决定了WSN能否发挥好它的监测功能。现有三维定位算法存在定位精度不足的问题,为提高定位精度,本文针对三维同构无线传感器网络和三维... 详细信息

定位技术是三维无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)的重要支撑技术之一,节点位置的准确性决定了WSN能否发挥好它的监测功能。现有三维定位算法存在定位精度不足的问题,为提高定位精度,本文针对三维同构无线传感器网络和三维异构无线传感器网络分别提出了基于群体智能优化算法的定位算法。主要工作如下:(1)将9种群体智能优化算法分别应用到三维WSN定位中,选择了综合定位性能较好的水流优化器(Water Flow Optimizer,WFO)用于计算节点的坐标。并针对WFO存在寻优性能不足的问题,提出了一种融合多策略改进的水流优化器(Improved Water Flow Optimizer,IWFO)。首先,引入Halton序列初始化WFO的初始种群,使其均匀分布于搜索空间以提高种群多样性;其次,引入非线性层流算子和紊流算子更好的平衡算法的探索与开发能力,同时改进算法层流阶段的位置更新策略,提高算法的全局搜索能力;最后,引入柯西变异扰动策略对算法的解进行扰动,增强算法跳出局部最优值的能力。将IWFO与9种其余算法在基准测试函数上进行仿真实验,结果表明IWFO具有更好的优化性能。将IWFO与5种算法分别应用于三维WSN定位算法中,实验结果表明IWFO取得的定位误差最小,证明了IWFO更加适合应用于三维WSN定位中。(2)针对三维DV-Hop定位误差大的问题,提出了一种基于多通信半径改进的三维WSN定位算法。首先,对三维DV-Hop的距离估计阶段进行改进,将锚节点单通信半径广播信息的方式改进为多通信半径广播信息,利用锚节点比例和单个节点通信范围内的平均节点数量来设置多通信半径的数量,以合理细分节点之间的邻居关系,有效降低了距离的估计误差,设置跳数阈值来控制多通信半径广播带来的能量开销。其次,选择距离未知节点最近的4个非共面锚节点参与定位,利用IWFO算法在搜索空间中计算出未知节点的坐标,进一步降低定位误差。实验结果表明,与其他几种算法相比,本文所提出的基于多通信半径改进的三维WSN定位算法具有更高的定位精度。(3)针对现有定位算法在三维异构无线传感器网络(Heterogeneous Wireless Sensor Networks,HWSN)中定位误差较大的问题,提出了一种基于改进最大相似路径的三维HWSN定位算法。首先,针对最大相似路径法在距离估计阶段误差较大的问题对其进行改进,采用最大相似路径两端锚节点的跳距的平均值来计算与原路径不同部分的跳距,引入余弦定理将折线距离校正为直线距离,提高距离估计的精度。其次,利用邻居锚节点缩小未知节点的潜在区域,然后用IWFO快速地搜索出未知节点的坐标,提高定位精度和定位速度。实验结果表明,与其他几种定位算法相比,本文所提出的定位算法具有更高的定位精度和定位速度。

关键词：水流优化器三维异构无线传感器网络多通信半径改进最大相似路径定位算法

基于DV-Hop的无线传感器网络定位算法研究

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基于DV-Hop的无线传感器网络定位算法研究

作者：江佳鹏南京邮电大学

学位级别：硕士

无线传感器网络由于具有功能多样和能耗低等特点,被广泛应用于军事、民用和科研等领域。在无线传感器网络中,位置数据和传感器信息的结合是非常重要的,缺少位置信息的应用将会变得毫无意义。因此,节点定位是无线传感器网络的一个重要研... 详细信息

无线传感器网络由于具有功能多样和能耗低等特点,被广泛应用于军事、民用和科研等领域。在无线传感器网络中,位置数据和传感器信息的结合是非常重要的,缺少位置信息的应用将会变得毫无意义。因此,节点定位是无线传感器网络的一个重要研究方向,节点的定位技术是无线传感器网络的一项最基础的技术。距离无关定位算法无需额外测距硬件设备的优势引起研究人员的广泛关注,本文主要针对距离无关定位中的DV-Hop算法进行研究和改进,主要工作包括以下三个方面。(1)针对经典DV-Hop算法计算节点间最小跳数的误差,本文提出利用多通信半径策略修正节点间的最小跳数。将锚节点的最大通信范围分为若干个同心圆,可以得到多个通信半径,锚节点向通信范围内的邻居节点发送定位信息报文,邻居节点接收到报文信息保留最小跳数值。利用多通信半径策略修正跳数,使粗略跳数更加接近真实值,减少计算节点间最小跳数带来的误差。(2)针对经典DV-Hop算法计算未知节点平均跳距的误差,本文提出利用加权系数优化未知节点的平均跳距。加权系数由传感器网络中的锚节点和未知节点之间的最小跳数确定。利用加权系数优化平均跳距使得未知节点的平均跳距不再只依赖于离其最近的锚节点的平均跳距,而是与整个网络中的锚节点相关,弱化可能产生较大误差的锚节点的影响,减少计算未知节点平均跳距的误差。实验结果表明基于多通信半径修正的加权DV-Hop算法能明显提高定位精度。(3)经典DV-Hop算法利用三边测量法或最小二乘法等数学方法计算未知节点坐标,若出现三点共线等特殊情况则经典算法存在一定的局限性。本文提出混合粒子群算法代替数学方法,与基于多通信半径修正的加权DV-Hop算法结合组成基于混合粒子群的改进DV-Hop定位算法,将节点的定位问题转化为智能寻优问题。混合粒子群算法是粒子群算法与模拟退火算法的结合,通过对粒子群算法的分析可知,该算法容易陷入局部最优的情况,在该算法的基础上加入模拟退火的思想,能够避免在搜索过程中陷入局部最优解。仿真实验表明提出的基于混合粒子群的改进DV-Hop定位算法定位精度和稳定性有明显提高。

关键词：无线传感器网络 DV-Hop 多通信半径加权系数混合粒子群算法

无线传感器网络DV-Hop定位算法的研究及改进

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无线传感器网络DV-Hop定位算法的研究及改进

作者：王国武广西师范大学

学位级别：硕士

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)作为一种具备信息采集、数据处理和无线通信功能的新型分布式网络。因其低成本、高拓展性的优点,广泛应用于国防军事、工业制造、日常生活等方面。网络的节点位置信息作为节点定位技术的... 详细信息

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)作为一种具备信息采集、数据处理和无线通信功能的新型分布式网络。因其低成本、高拓展性的优点,广泛应用于国防军事、工业制造、日常生活等方面。网络的节点位置信息作为节点定位技术的核心组成部分,一直是WSN研究的热点。WSN中的节点定位技术根据节点间距离的测量方式分为基于测距和非测距定位算法两类,前者定位精度较高但也会带来较高的成本,后者由于其成本低、能耗小的优点,被广泛研究和应用。DV-Hop定位算法作为一种经典的非测距定位算法,具有覆盖范围广、易实现等优点。但也存在定位模糊、精度低等缺点,因此算法自提出以来就被许多专家学者进行研究及改进。本文通过分析该算法各个步骤中定位误差产生的原因,并在现有研究的基础上,提出了两种不同的改进方法。主要内容如下:1.提出了基于多通信半径与角度修正改进的DV-Hop定位算法。DV-Hop算法易受到网络中节点分布的影响,所以部分节点定位误差较大。本文首先采用多通道半径以应对最小跳数获取的误差,通过信标节点多次广播获取更优的跳数;其次引入信标节点间的角度值对平均跳距进行加权处理,使平均跳距不止依赖于信标节点间的距离;然后在定位坐标计算后对定位结果增加一个向量矫正,以减少因坐标计算的误差。最后本文分别从信标节点比例、节点通信半径和网络节点总个数三方面进行对比实验。实验结果表明,相比经典的DV-Hop算法和同类定位算法,本章算法的定位精度有所提升。2.提出了基于跳数修正和遗传模拟退火优化的DV-Hop定位算法。首先为了控制节点的成本,在不引入外部设备和节点额外功能的情况下,通过信标节点间的距离对网络中的跳数进行加权优化;其次针对网络中部分区域信标节点分布不均的情况,从网络整体出发,将平均跳距的优化问题看作是函数误差和的最小值问题,选用智能优化算法求解平均跳距的最优值,同时采用遗传算法与模拟退火算法结合的混合优化算法来解决单种算法优化的局限性。最后通过对比仿真进行验证,实验结果表明本章算法的定位精度有所提升。本文主要根据DV-Hop算法在最小跳数、平均跳距、坐标计算方面的误差,提出了两种不同的改进算法,根据对比实验表明,本文的两种改进算法定位精度均有所提升。

关键词： WSN DV-Hop 多通信半径角度修正遗传模拟退火算法