[发明专利]一种基于跳数加权与跳矩优化的三维DV-Hop定位方法

说明书

本发明涉及一种基于跳数加权与跳矩优化的三维DV‑Hop定位方法，属于无线传感器网络节点定位领域。DV‑Hop定位方法属于无需测距的算法，在对节点定位过程中可大大降低定位成本，本发明通过对DV‑Hop定位方法中节点间距离值计算方法进行改进，对节点间跳数进行加权计算、对节点间跳矩进行最小均方误差和无偏估计优化处理，降低节点间距离计算误差，从而使得节点定位更为精确，同时将该方法由二维空间应用至三维空间中，使得该算法在降低定位成本的同时还可以提高定位精度、拓广应用范围。

技术领域

本发明涉及一种基于跳数加权与跳矩优化的三维DV-Hop定位方法，属于无线传感器网络节点定位领域。

背景技术

在对地震的监测、森林火灾的防控以及对牲畜习性的监测等领域，不只是需要提取各项监测数据，还需要在对数据进行分析后，实时定位目标节点，才能实现监测的意义，而传统的DV-Hop定位方法虽然属于无需测距的节点定位方法，定位成本较低，但是在其计算节点间最小跳数值以及锚节点平均跳矩的过程中存在较大误差，造成对目标节点的定位误差较大，导致实际应用过程中无法准确定位地震震源、森林火灾位置、牲畜活动范围及轨迹，且该算法仅用于在二维平面定位节点，在实际应用中，通常是山地、丘陵、高原盆地结合等三维空间地形，无法在这些地形中应用该定位方法对目标节点进行定位，因此需要对定位方法进行改进降低节点定位误差，同时将其拓展至山地地形等三维应用空间，以保证定位方法能够适应实际应用场景。本发明来源于云南省技术创新人才项目(2019HB113)、国家自然科学基金项目(61562051)。

发明内容

本发明提供了一种基于跳数加权与跳矩优化的三维DV-Hop定位方法，以用于降低对无线传感器网络节点的定位误差以及拓宽定位应用领域。

本发明采用的技术方案是：一种基于跳数加权与跳矩优化的三维DV-Hop定位方法，具体步骤如下：

Step1、在100×100×100的三维空间中随机投放1000个无线传感器网络节点，其中包含已知锚节点和未知节点，首先由各锚节点向自身为球心，以R为各节点通信半径的球体范围内与其相邻的所有节点广播包含自身位置信息的数据信息包，数据包格式为{ID_i，Id_i，x_i，y_i，z_i，dis_i}，其中包含了该锚节点的标识号ID_i,收到该锚节点信标消息的邻居节点的标识号Id_i(此时为空),锚节点自身坐标(x_i，y_i，z_i)以及其他未知节点与该锚节点的距离dis_i(锚节点本身该字段为0)，邻居节点接收数据包后继续以自身为球心，向同样的通信范围内的邻居节点广播数据包；

广播过程中，为了防止数据无休止地广播,算法采取了可控泛洪法，即当某节点收到一个ID号重复的数据包时，它将新计算得到的与锚节点距离和表中原来保存的距离信息相比较，若新的距离<原来的距离，则用新的距离代替原来表中的距离,并重新广播这个新的数据包；否则，丢弃新的数据包，不再转发，这种策略既能保证每个未知节点所保存的距离信息是与该锚节点最短的路径又能使算法结束；

Step2、各参与广播通信过程的网络节点均建立路由向量表，仅保留距其它节点跳数值最小数据包，通过各节点路由向量表可以查得参与通信过程的节点间最小跳数值h_ij；

Step3、对Step2中计算所得节点间最小跳数值h_ij进行修正，由于节点在以R为半径的球体通信范围内，各锚节点与其距离各不相同，若节点间跳数值均以1跳来计就会造成实际跳数值的计算偏差，根据锚节点发送接收到其通信范围内另一锚节点RSSI值有所差异，构建跳数权值h′，对两锚节点间跳数值进行修正，减小误差，通过引入RSSI定位模型来对跳数进行修正，RSSI值的计算公式如下：