基于DV-Hop的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法研究

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1、論文分類號(hào)：２學(xué)校代碼１０７０８：學(xué)號(hào)：１５０６０１９Ｍ＾ｋＡＡＡＡｌＳＨＡＡＮＸＩＵＨｆＶＥｆｉＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＨＯＬＯＧＹ碩士學(xué)位論文Ｔｈｅｓ’ｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ基于ＤＶ－Ｈｏｐ的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法研究劉勇指導(dǎo)教師姓名：黨宏社教授學(xué)科名稱：控制理論與控制工程論文提交日期：２０１８年３月論文答辯日期：２０１８年５月學(xué)位授予單位：陜西科技大學(xué)申請(qǐng)工學(xué)碩士學(xué)位論文論文題目：基于DV-Hop的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法研究學(xué)科門類：工學(xué)一級(jí)學(xué)科：控制科學(xué)與工程培養(yǎng)單位：電氣與

2、信息工程學(xué)院碩士生：劉勇導(dǎo)師：黨宏社教授2018年5月STUDYOFLOCALIZATIONALGORITHMSFORWIRELESSSENSORNETWORKBASEDONDV-HOPAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByYongLiuSupervisor:Prof.HongsheDangMay2018基于DV-Hop的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位

3、算法研究摘要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在目標(biāo)跟蹤、智能家居、醫(yī)療護(hù)理等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而節(jié)點(diǎn)定位對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用有較大的影響。目前節(jié)點(diǎn)定位算法主要有基于測距的定位算法和基于無需測距的定位算法兩類。后者具有實(shí)現(xiàn)簡單、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，所以更適合節(jié)點(diǎn)定位。DV-Hop(DistanceVector-Hop)算法作為該類算法中的一種，其依然存在著定位精度不高等問題，所以有必要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步研究。具體的研究內(nèi)容如下：（1）基于跳數(shù)修正和平均跳距加權(quán)的DV-Hop定位算法研究。該算法首先將節(jié)點(diǎn)接收的信號(hào)強(qiáng)度值通過Shadowing模型轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)之間的距離，利用該距離值與節(jié)點(diǎn)之間的通

4、信半徑的比值來修正跳數(shù)值；其次利用未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)值的倒數(shù)作為平均每跳距離的權(quán)值，并對(duì)權(quán)值進(jìn)行歸一化處理；最后采用極大似然方法求取未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。（2）基于蝙蝠優(yōu)化的DV-Hop定位算法研究。該算法首先沿用了跳數(shù)修正和平均跳距加權(quán)方法；其次針對(duì)極大似然坐標(biāo)計(jì)算方法存在的問題，將節(jié)點(diǎn)的定位問題轉(zhuǎn)化為求解非線性方程組的最小值問題；最后利用改進(jìn)的蝙蝠算法來代替極大似然算法求取未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。其中對(duì)蝙蝠算法的改進(jìn)主要三點(diǎn)：縮小蝙蝠初始化位置的區(qū)域；根據(jù)蝙蝠當(dāng)前的適應(yīng)度函數(shù)值自適應(yīng)地調(diào)整?值；利用差分進(jìn)化算法進(jìn)行局部搜索以獲得新解。（3）一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)的搭

5、建。該系統(tǒng)包含未知節(jié)點(diǎn)、信標(biāo)節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)軟件四個(gè)部分。節(jié)點(diǎn)的無線通信芯片采用CC2530芯片，并通過IAR開發(fā)軟件分別完成了信標(biāo)節(jié)點(diǎn)、未知節(jié)點(diǎn)以及協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的功能開發(fā)。利用C#語言進(jìn)行上位機(jī)開發(fā)，開發(fā)的上位機(jī)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)接收和處理協(xié)調(diào)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)了未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)信息和距離信息的存儲(chǔ)和查詢以及節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息的顯示。對(duì)定位系統(tǒng)進(jìn)行了功能測試，并已通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，未知節(jié)點(diǎn)在該系統(tǒng)中取得了較好的定位結(jié)果。關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，DV-Hop定位算法，跳數(shù)修正，平均跳距加權(quán)，蝙蝠算法，差分進(jìn)化算法ISTUDYOFLOCALIZATIONALGORITH

6、MSFORWIRELESSSENSORNETWORKSBASEDONDV-HOPABSTRACTWirelesssensornetworkhasbeenwidelyappliedinmanyfieldssuchasenvironmentalmonitoring、smarthome、medicalcareetc,nodelocalizationhasgreatinfluenceontheapplicationofwirelesssensornetworkapplications.Therearetwomainkindsofnodelocationalgorithms:ra

7、ngefreelocalizationandrangebasedlocalizationalgorithm.Thelatterhastheadvantagesofsimpleimplementationandlowpowerconsumption,soitismoresuitablefornodelocalization.DV-Hopalgorithm,asoneofthealgorithm,stillhastheproblemoflowpositioningaccuracy,soitnecessarytobefurtherstudied