【摘要】：傳感器節(jié)點(diǎn)在森林、水下等復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí),由于信號(hào)強(qiáng)度與信號(hào)傳輸速度受到障礙物或傳輸介質(zhì)的干擾,影響了基于信號(hào)信息的定位算法的測(cè)量精度.同時(shí)考慮到節(jié)點(diǎn)的成本和節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)性,DV-Hop定位算法有較強(qiáng)的適用性和實(shí)用性.分析了影響DV-Hop算法定位精度的因素,并在此基礎(chǔ)上提出了一個(gè)度量節(jié)點(diǎn)離散程度的公式,給出了一個(gè)該算法的優(yōu)化方案,仿真表明優(yōu)化后的算法有更高的定位精度.
【圖文】：

八鬮侵釗淶淖钚?跳數(shù),基于以上兩個(gè)信息可估算出節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行通訊時(shí)每一跳所經(jīng)過(guò)的實(shí)際距離,記為HopSize.計(jì)算平均跳距的公式如式(1)所示.22()ijijiji,jijxx)(yyHopSizeh(1)其中()ijx,x,()ijy,y為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)i,j坐標(biāo),i,jh為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)i與j之間的最小跳數(shù).3)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)位置設(shè)u,sd為估算的未知節(jié)點(diǎn)u到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)s的距離,計(jì)算公式如式(2)所示.u,su,sdHopSizet(2)當(dāng)未知節(jié)點(diǎn)得到周圍三個(gè)信標(biāo)的距離信息后,根據(jù)三邊定位原理即可計(jì)算出未知節(jié)點(diǎn)的實(shí)際方位.三邊定位求解原理如圖1所示.設(shè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)A1,A2,A3的坐標(biāo)分別為()iix,y,其中(i1,2,3),未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x,y),未知節(jié)點(diǎn)與三個(gè)信標(biāo)的距離分別為(1,2,3)idi,那么存在以下關(guān)系,如式(3)所示.圖1三邊定位求解圖222222()()()()()()111222333xxyydxxyydxxyyd(3)由上式可計(jì)算出未知節(jié)點(diǎn)的具體坐標(biāo),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該節(jié)點(diǎn)的定位.2誤差分析2.1節(jié)點(diǎn)分布的均勻程度對(duì)定位精度的影響DV-Hop算法由于依賴于跳數(shù)進(jìn)行距離估算,其對(duì)平均跳距的估算決定著定位的精度,在一些節(jié)點(diǎn)分布均勻的情況下,DV-Hop具有良好的定位精度.但是在實(shí)際運(yùn)用中,節(jié)點(diǎn)可能呈非均勻分布,即某個(gè)區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)分布密集,另外的區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)分布稀疏.分析算法計(jì)算公式可知,得出的平均跳距HopSize的值具有唯一性,無(wú)法隨著節(jié)點(diǎn)分布的疏密而改變.在節(jié)點(diǎn)分布密集的環(huán)境下,計(jì)算得到的平均每跳距離相比于節(jié)點(diǎn)稀疏的環(huán)境的平均每跳距離較大,這是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)越密集,它們之間的通信路徑就越近似于一條直線,如圖2所示,且計(jì)算得出的平均每跳距離近似于節(jié)點(diǎn)自身的通信半徑(平均每跳距離一定不大于通信半徑).圖2理想情況下的節(jié)點(diǎn)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B進(jìn)行通信?

2.1節(jié)點(diǎn)分布的均勻程度對(duì)定位精度的影響DV-Hop算法由于依賴于跳數(shù)進(jìn)行距離估算,其對(duì)平均跳距的估算決定著定位的精度,在一些節(jié)點(diǎn)分布均勻的情況下,DV-Hop具有良好的定位精度.但是在實(shí)際運(yùn)用中,節(jié)點(diǎn)可能呈非均勻分布,即某個(gè)區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)分布密集,另外的區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)分布稀疏.分析算法計(jì)算公式可知,得出的平均跳距HopSize的值具有唯一性,無(wú)法隨著節(jié)點(diǎn)分布的疏密而改變.在節(jié)點(diǎn)分布密集的環(huán)境下,計(jì)算得到的平均每跳距離相比于節(jié)點(diǎn)稀疏的環(huán)境的平均每跳距離較大,這是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)越密集,它們之間的通信路徑就越近似于一條直線,如圖2所示,且計(jì)算得出的平均每跳距離近似于節(jié)點(diǎn)自身的通信半徑(平均每跳距離一定不大于通信半徑).圖2理想情況下的節(jié)點(diǎn)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B進(jìn)行通信時(shí),針對(duì)該算法的最理想情況,即存在節(jié)點(diǎn)C,使得節(jié)點(diǎn)C與節(jié)點(diǎn)A和B的距離恰好等于節(jié)點(diǎn)的通信半徑.該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝闆r下使用該算法計(jì)算得出的平均跳距就為通信半徑,計(jì)算得

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用http://www.c-s-a.org.cn2017年第26卷第4期188軟件技術(shù)·算法SoftwareTechnique·Algorithm出節(jié)點(diǎn)A與B的距離也與實(shí)際相等.在節(jié)點(diǎn)分布稀疏區(qū)域,節(jié)點(diǎn)A與B的通信可能經(jīng)過(guò)若干個(gè)節(jié)點(diǎn),這將造成計(jì)算得出的平均每跳距離小于通信半徑,所以全部節(jié)點(diǎn)都使用相同的平均跳距進(jìn)行距離計(jì)算將影響定位精度.2.2連通度較低的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對(duì)定位精度的影響連通度較低的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)會(huì)造成定位誤差,如圖3所示的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洵h(huán)境.圖3節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D信標(biāo)節(jié)點(diǎn)A,B,C,D與待定位節(jié)點(diǎn)U,其余為普通節(jié)點(diǎn),由于地形或節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)原因,節(jié)點(diǎn)B與節(jié)點(diǎn)C之間存在障礙物,造成信標(biāo)節(jié)點(diǎn)C處于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)邊緣.位于區(qū)域邊界的節(jié)點(diǎn)C只能接收到來(lái)自某一側(cè)的信息,使得該節(jié)點(diǎn)無(wú)法利用全面的信息進(jìn)行定位計(jì)算.如果使用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)A、B、C計(jì)算得到的平均每跳距離約為10m,可觀察到,實(shí)際情況中B與C的距離只是不到兩個(gè)通信距離,而B(niǎo)與C之間的跳數(shù)達(dá)到了6跳,使用該平均每跳距離計(jì)算A與B的距離為20m.這與真實(shí)距離相差了一倍,若使用該平均跳距計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)位置必然會(huì)造成較大誤差.造成該影響的原因?yàn)樾艠?biāo)節(jié)點(diǎn)C的連通度較低處于網(wǎng)絡(luò)邊緣,信標(biāo)節(jié)點(diǎn)C的通信半徑下僅有1個(gè)節(jié)點(diǎn).如果排除C節(jié)點(diǎn),使用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)A、B、D來(lái)估算平均每跳距離則誤差較小.2.3三邊定位計(jì)算公式對(duì)定位精度的影響根據(jù)三邊定位原理可知,節(jié)點(diǎn)定位時(shí)通過(guò)周圍三個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置信息來(lái)計(jì)算自身位置,所以選擇不同的信標(biāo)計(jì)算得到的位置信息也不同.一般情況下,對(duì)這三個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的選擇采用就近原則,即選擇距離未知節(jié)點(diǎn)最近的三個(gè)信標(biāo)進(jìn)行位置的計(jì)算,這樣可以減少定位的誤差.但實(shí)際情況下,由平均跳距計(jì)算得出的節(jié)點(diǎn)間距離與實(shí)際距離存在偏差,三邊定位求解圖中的三個(gè)圓的交匯處是一塊區(qū)域,而不是一個(gè)點(diǎn),如圖4所示.圖4三邊定位誤差?

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