淺論一種基于RSSI的DV—HOP加權(quán)算法1

鄧震

摘要：無線網(wǎng)絡傳感器如今應用到許多領(lǐng)域。WSN中定位信息十分重要，主要的定位方法有兩種，其中基于距離的定位算法對設備要求比較高，無法廣泛實施。另一種算法雖然對設備要求比較低，但是對環(huán)境要求高，只有在理想環(huán)境下才能實現(xiàn)高精度定位。綜合以上兩種算法，提出一種新的算法：一種基于RSSI的DV-HOP加權(quán)算法。

關(guān)鍵詞：DV-HOP，定位，RSSI，無限傳感器網(wǎng)絡

1.概括

一、一個無線傳感器網(wǎng)絡由許多傳感器節(jié)點組成，這些節(jié)點能夠傳感，計算和無線通信。由于它的功能全面和低消耗的特點，無線傳感器網(wǎng)絡得到廣泛應用。在許多領(lǐng)域里，像國防，軍事，環(huán)境監(jiān)測，交通管理，長距離控制危險區(qū)域等一系列領(lǐng)域，無線傳感器網(wǎng)絡已經(jīng)將其重要性發(fā)揮出來。

二、位置信息在無線網(wǎng)絡傳感器中尤其重要，當一個異常的情況發(fā)生時，就需要傳感器節(jié)點能檢測出事件需要節(jié)點的位置信息來確定事件發(fā)生的位置，并且把相關(guān)信息發(fā)送給基站。因此，位置信息會嵌入在節(jié)點報告信息，WSN能否正常工作完全依賴于位置信息，實際上，節(jié)點在自由撒布的時候經(jīng)常會受到不同因素的破壞（飛機撒布），對于高成本，一般只有很少一部分節(jié)點配備全球定位系統(tǒng)（GPS），這部分節(jié)點由于帶有GPS所以能馬上獲得位置信息，其他的節(jié)點不能獲得這類信息，所以如何獲得未知節(jié)點的位置信息，被稱作定位研究，定位研究已經(jīng)成為WSN的熱門研究課題。

三、最近幾年出現(xiàn)了很多傳感器網(wǎng)絡定位算法，他們的大多數(shù)假設網(wǎng)絡包括一部分已知的錨節(jié)點，它們通過全球定位系統(tǒng)或者人為的配置來確定自身的位置，其他未知節(jié)點也不知道他們自身的位置信息，已知節(jié)點通過估計未知的信息來做到自身定位，當一個未知節(jié)點知道三個及以上節(jié)點的位置信息，從而就能通過三邊測量算法來進行定位，這些算法在理論上來說能得到比較好的結(jié)果，然而，其實際效果卻沒有理論結(jié)果那么好，基于信號強度（rssi）的算法是現(xiàn)有算法最簡單，使用最廣泛的一種。本文將提出基于RSSI的DV-HOP加權(quán)算法，一種RSS與DV-HOP結(jié)合的算法來實施未知節(jié)點的定位。

2.相關(guān)工作

定位算法無論是否需要測量節(jié)點間的真實距離總的來說分為兩類：測距和非測距定位算法。基于測距的算法需要測量真實的距離或者確定鄰近節(jié)點的位置信息，根據(jù)所獲得的信息來獲得相關(guān)的位置。而基于距離無關(guān)的算法是通過用估算距離來代替實際的距離從而達到定位的效果。

距離相關(guān)的定位算法：

TOA，TDOA，AOA是幾種比較普遍的基于測距的算法。因為需要額外的設備來提供其運算，所以在大規(guī)模的傳感器應用中成本會非常的高。RSSI是最基礎(chǔ)的方法，他可以通過理論或者假設的方式將信號強度轉(zhuǎn)化為定位運算所需要的估計距離，由于它的實施容易而且成本低，所以它應用的最廣泛，，在基于RSSI方法里，發(fā)送端傳送的能量是可以知道的，接受端能夠計算接收信號的損耗。

距離無關(guān)的算法：

三角形測試中質(zhì)心估計法，等分法，dv-hop，amorphous等是最常用的基于距離無關(guān)的算法，在質(zhì)心估計法中，錨點在周期間隙把包括位置信息光束發(fā)送到鄰近，接受節(jié)點推斷最接近哪一個錨點，節(jié)點的位置就是能接受到信號錨點的質(zhì)心，算法簡單，但需要很多錨點，apit是由三個錨點來組成，如果未知節(jié)點在三角形內(nèi)，它的位置就可知，在定位策略中每一個節(jié)點進行多次的APT測試，然后使用三角形相交區(qū)域的重心作為它的位置，同等法是不帶有定位相關(guān)幀GPS算法，因為沒有錨點存在，每一個節(jié)點在得到鄰近節(jié)點的距離和鄰近節(jié)點之間的距離后，在它自己的同等區(qū)域來建立一個本地相關(guān)幀，然后與鄰近節(jié)點進行通信來擴展本地相關(guān)幀。

DV-HOP是由D.NICLLESCU和B.NATH提出來的，錨點產(chǎn)生包括位置信息和初始位為1的標志的數(shù)據(jù)包，來確定它們的跳數(shù)。這些數(shù)據(jù)包在無線網(wǎng)絡傳感器中到處都是，當他們經(jīng)過鄰近節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，跳數(shù)自動加一。在這種方式下，任何的節(jié)點都能根據(jù)網(wǎng)絡傳輸情況確定跳數(shù)。同時錨點能計算來知其他節(jié)點的跳數(shù)。每跳的平均距離可以由相應的公式來計算，而且它將以廣播的形式，使每一個未知節(jié)點收到，節(jié)點可以根據(jù)每跳的平均距離計算出它與已知節(jié)點的距離。得到三個或以上距離的時候，節(jié)點的位置就可以決定，這種算法結(jié)合了RSSI和DV-HOP.

3.基于RSSI的DV-HOP算法

DV-HOP算法能夠計算出離錨點很遠未知節(jié)點的位置。而且它不需要額外信息。然而，每跳平均距離的誤差很大。由于一個未知節(jié)點只能通過一條路經(jīng)得到跳數(shù)，所以它需要通過每跳平均距離來計算自身的位置。DV-HOP算法分以下步驟：首先，錨點廣播包括位置信息和初始位為1的標志的數(shù)據(jù)包，當信號傳輸?shù)搅硪粋€節(jié)點，跳數(shù)自動加一，所以每個節(jié)點將可以計算出離錨點的距離，錨點接受到另一錨點的信號后可以計算平均每跳的距離。在計算出平均距離后，錨點將把它廣播到其他節(jié)點，未知節(jié)點得到平均每跳距離后計算出到錨點的距離。

4.總結(jié)

定位算法的評價的一個重要標準是位置和精度。根據(jù)以前的定位算法，本文提出了rssi和dv-hop結(jié)合的方法。在這種新的算法中，離錨節(jié)點最近的未知節(jié)點采用rssi測量來代替dv-hop算法。使用這種算法可以使誤差減少許多。然而任何事物都有兩面性。算法的限制是錨點的鄰近節(jié)點不能校正。所以如何實現(xiàn)對更多的節(jié)點定位以及提高定位的精度是接下來對這門算法所需要研究的問題。

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