DV HOP 定位算法

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无线传感网络DV—HOP节点定 位算法研究
姓名：王家宣 学号：1242152128 班级：12信管（1）班
目 录
1背景介绍
2 定位技术分类
3 DV-HOP定位算法
4 仿真模拟
5结束语
背景
定位技术的研究意义：
无线传感器网络与传统的有限传感器相比 , 有许多优势 , 具有较小的体积、消耗能量较少、自身的组织方式较简 单、无需专人值守 , 以及具备比较高的容错性等 , 不仅能 够减少网络部署的时间 , 降低部署成本 , 还能部署于传统 有限传感器无法应用的区域。
每个参考节点利用 其它参考节点的位置信息和相隔最小
跳数 来计算平均每跳距离，并将其作为一个校正值 广播至
网络中 。当接收到校正值后，节点根据跳数计算与参考节 点之间的距离。
HS2N (2d1 5d2 ) /(22 52 )
ˆ 3 HS N d 1 2
ˆ 2 HS N d 2 2
第2阶段：平均每跳距离
当获得每个参考节点的平均每跳距离后，需要将其广播至网 络中的其他节点(采用flooding算法)。 未知节点接收到的平均每跳距离有两种方法：方法 1 中未知 节点仅记录接收到的第 1 个平均每跳距离，并转发给邻居节 点；方法 2中未知节点记录其到每个参考节点的不同的平均 每跳距离。 方法 1 确保了绝大多数节点从最近的参考节点接收平均每跳 距离值，也就是说，在方法 1 中将从最近参考节点接收的平 均每跳距离作为整个网络的平均每跳距离。但由于网络中节 点分布的随机性，需要尽可能多地利用网络中的信息，采用 方法2将具有比采用方法1更优越的性能。
无线传感网络DV— HOP定位
DV-Hop 定位机制由美国路特葛斯大学的 Dragos Niculescu等人提出的，DV-Hop算法 是为了避免对节点间的距离直接进行测量而提 出的一种基于距离矢量路由（根据目的地远近 决定最好路径）的非测距定位算法。非常类似 于传统网络中的距离向量路由（从相邻站点收 集网络列表，来路由选择）机制。
定位技术的分类
根据定位过程中是否需要测量实际节点间 的距离，定位算法可分为基于测距(RangeBased)的定位算法和无需测距(Range-Free)的定 位算法。
定位的分类
需要测量相邻节点间的 绝对距离或方位，并利 用节点间的实际距离来 计算未知节点的位置。
基于测距的定位
无需测距的定位
无需这些测量信息，而 是根据网络连通性等信 息，利用节点间的估计 距离计算节点位置。
左图是一个由 9 个节点组 成的小型传感器网络。
L1 L2 L3 为三个参考节点
剩余的都为未知节点，对节 点A定位
DV-HOP算法的3个阶段
第1阶段：
( xi , yi ), ( x j , y j ) ：为锚节点i与锚节点j的坐标
dij hj
：为锚节点i与锚节点j之间的实际距离 ：为锚节点i到锚节点j之间的跳数
谢谢！
节点的感知数据必须与位置相结合，离开位置信息，感 知数据是没有意义的，因此它在国防军事、环境监测、 工业监控、健康医疗，大数据，云计算、智能家居、公 共安全等领域得到了越来越深入的应用。
无线传感器网络：
指一种在监测区域内随机部署的传感器节点通过无线通信方式形成 的多跳、自组织的分布式网络（分散控制；效率高；资源共享）。
性能指标
(3) 定位能耗 因此我们在可以容忍的定位精度范围内，尽量的 减少电源能量损耗，需要减少电源能量在通信、计算 和存储方面的消耗。 (4) 覆盖率 我们将无线传感器网络中可实现定位的未知节 点与网络一开始投放的总的未知节点数的比值定义 为定位算法的覆盖率。我们研究自定位算法和系统 的目地是最大程度地实现未知节点的精确定位。
HsiD HsiN ：以锚节点i为基准，计算出的平均每跳距离
M ：锚节点总个数
i
：锚节点i的平均每跳距离的权值
DV-HOP算法的3个阶段-无偏估计准则
第2阶段：每个参考节点利用 其它参考节点的位置信息和 相
隔最小跳数 来计算平均每跳距离，并将其作为一个校正值 广 播至网络中 。当接收到校正值后，节点根据跳数计算与参考 节点之间的距离。
特点比较
定位精度相对较高， 但对额外的硬件设施 要求也比较高 成本低、功耗小、 抗测量噪声能力强 、硬件设备简单
基于测距的定位
无需测距技术的定 位
DV-Hop算法基本思想
(1)通过距离矢量路由方法使未知节点获得与信标节点之间的最小跳 数 (2)并计算出每跳的平均距离，然后以每跳平均距离和最小跳数的乘 积作为未知节点与信标节点之间的估计距离，
MATLAB 仿真模拟DV-HOP算法
基于MATLAB 仿真模拟DVHOP定位算法。
MATLAB仿真结果
通过 MATLAB 仿真分析可以看出， DV-HOP算法只是一种基本的定位 算法，仍有较大误差，还需要改 进。
结束语
本文只是对无线传感器网 络DV-HOP定位算法进行简 单介绍，限于能力有限没 有深入学学习。网络定位 算法很值得我们学习研究。
三角测量法
已知A、 B、C三个节点的坐标，节点D相对于 节点A、B、C的角度，确定节点D的坐标；
转换为三边测量法。
极大似然估计法
已知1、2、3等n个节点的坐标，及它们到未知 节点D到距离，确定节点D的坐标；
最小均方差估计算法。
极大似然估计法
使用标准的最小二乘法可以得到未知节点的坐标为
DV-HOP算法
DV-HOP 定位算法具有方法简单，定位精 度较高的特点，它是利用距离矢量路由和GPS 定位的思想提出的一系列分布式定位方法之一。
指依赖节点间的信息 交换和协调，由节点 自行计算的定位方式 。
DV-HOP算法的3个阶段 （算法基本思想）
第1阶段：网络中的各参考节点 通过典型的距离矢量交
换协议向邻居节点广播自身位置信息分组，使得网络中 的所有节点获得距参考节点的最小跳数信息。
(3)再利用三边测量法获得未知节点的位置估算。
节点定位基本计算方法

三边测量法 三角测量法

极大似然估计法
节点定位基本计算方法
三边测量法
三边测量法缺点
若在测距过程中存在误差，上述三个圆无法交 于一点，用存在误差的d1、d2、d3去解上述方程 时便无法得到正确解。因此，在实际计算坐标 时，一般不采用上述解方程的方法，而采用极 大似然估计或其他数值解法。
第2阶段：平均每跳距离 归一化处理得到权值 M hi i M Hs D HsiD i 1 hk
i
k 1
权值
每跳距离
通过这个加权过程，使得定位节点的平均每跳距离能 从多个信标节点的平均每跳距离中得到反映，使得定位节 点的平均每跳距离更接近于网络的实际平均每跳距离。
第2阶段：-最小均方误差准则
ˆ 3 HS N d 3 2
DV-HOP算法的3个阶段
第3阶段：当未知节点获得与3个或更多参考节点的距
离时，根据三边测量法或极大似然估计法来计算未知节 点的位置。
一
1来说，网络中节点密度越大，定位精度越高 。DV-Hop算法只能在节点分布比较密集的无线传感器 网络中才能合理地估算平均每跳距离，然后才能较准 确地估算出节点的位置。 (2) 锚节点密度 因为人工部署锚节点的方式受到网络所处自然环境 的限制；而搭载GPS模块的锚节点成本会比普通节点高 两个数量级。这些都限制了锚节点在整个网络中所占的 比例不能太大。