DV-Hop优化算法的性能分析与比较

DV-Hop算法是无线传感器网络中一种典型的非测距节点定位方法,在介绍基本DV-Hop算法原理的基础上,分析了其定位产生误差的原因。目前常见DV-Hop的优化算法主要是面向3个方面进行改进,分别为锚节点平均跳距的计算,未知节点平均跳距的估计,位置的优化求解。对基本的DV-Hop算法进行逐步分析,对常见的DV-Hop优化算法分类并对其理论分析比较,针对每一步骤的优化策略进行仿真实验,进而得到一种较好的优化策略,为后续的研究和改进提供指导。     

融合测距修正和哈里斯鹰优化的DV-Hop定位算法

针对传统DV-Hop定位算法在无线传感器网络节点定位时精度偏低的问题，本文提出了一种基于测距修正和哈里斯鹰优化算法的DV Hop改进算法。该算法采用多通信半径调整网络节点最小跳数，利用最小均方差和权重因子优化网络节点平均跳距，采用改进的哈里斯鹰算法替代最小二乘法进行位置计算，引入Tent混沌映射、精英群体制度和正余弦优化策略以避免算法过早陷入局部优化，通过最优解求解得到网络节点近似坐标值。仿真结果表明，在不同条件下，改进算法与传统DV-Hop算法和ABCDV-Hop算法相比能够具有更好的定位能力，节点定位误差平均下降20.13%和7.74%，定位精度较高。     

基于蜣螂算法优化的 DV-Hop 定位算法

针对无线传感器网络中传统DV-Hop(distance vector-hop)算法定位误差大的问题,提出了一种基于蜣螂算法优化的DV-Hop定位算法。首先使用双通信半径的方式细化节点间跳数,并使用最小均方误差准则计算锚节点的平均跳距,将改进后的平均跳距的平均值当做每个未知节点的平均跳距,最后引入权重因子优化适应度函数,使用蜣螂优化算法代替三边测量法进行坐标计算。仿真结果表明,所提算法比经典DV-Hop算法平均定位误差提升了55.69%、59.61%和67.59%,误差方差提升了52.41%、45.58%和36.87%,具有良好的定位精度和较好的稳定性。     

基于移动信标的水下无线传感器网络定位算法

针对现有水下无线传感器网络定位算法定位精度不足且无法适应水下多变的网络拓扑的问题，提出一种基于移动信标的水下无线传感器网络定位算法。首先通过RSSI测距定位和DV-Hop算法获取未知节点的大致分布情况，其次以未知节点定位覆盖率作为目标函数，采用经过自适应惯性权重和柯西-t扰动策略优化的改进秃鹰搜索算法迭代求解信标节点移动的最优位置，最后信标节点移动到最优位置再对未知节点进行重新定位。仿真结果表明,与对比算法相比，移动信标节点定位算法能有效提高未知节点定位精度，在网络拓扑变化时也能保持较高的定位精度且定位效果稳定。     

基于改进蝙蝠优化算法的无线传感器网络定位研究

为解决传统DV-Hop算法在无线传感器网络中存在的定位误差大的问题,提出了一种基于改进蝙蝠优化算法的无线传感器网络(WSN)定位方法。首先,构建WSN协同定位模型,并将传统蝙蝠算法与元胞自动机进行融合取代DV-Hop算法中的最小二乘法来计算网络中未知节点的位置,提高算法的搜索能力;其次,引入小生境技术和个体灾变机制,避免算法陷入局部最优,提高全局搜索能力;最后,通过仿真实验进行性能对比分析。实验结果表明,所提算法在节点呈随机分布、C型分布和O型分布的情况下均能够有效实现对未知节点的准确定位,且定位精度和收敛速度均优于对比算法;所提算法的定位精度随锚节点总数、锚节点比例以及通信半径的增加而增加,随传感器测距误差增加而减小。     

路径相似度因子在DV-Hop改进中的应用

经典DV-Hop方法在非均匀分布网络中存在节点间距离估计误差较大以及节点定位精度低的问题。引入节点间多跳最短路径相似度因子的计算规则,用于在距离估计步骤中修正节点的每跳平均距离值,并在位置计算步骤中选择参与定位计算的信标节点;使用改进的模拟退火(SA)算法对节点初始位置进行优化。仿真表明,所述改进策略在随机生成的网络拓扑结构条件下,相对于经典DV-Hop算法平均可降低约20%的定位误差,相对于既有的先进改进方法平均可降低约4%的定位误差,表现出良好的定位性能。     

基于网络跳距修正的DV-Hop定位算法

针对DV-Hop算法在网络拓扑结构不规则的环境中存在较大误差的问题,提出改进的DV-Hop算法,该算法通过引入全网平均每跳误差修正值获得未知节点到锚节点的有效距离,可避免后续计算过程中误差的累积。利用MATLAB7.5.0仿真平台对DV-Hop算法和改进算法进行仿真分析的结果表明,在没有增加通信开销的基础上,随着锚节点所占比例的增加,改进后的DV-Hop算法比原DV-Hop算法在定位精度、覆盖率及稳定性上都得到了大大提高。     

基于测距修正和蜜獾优化的改进DV_Hop定位算法

针对传统DV_Hop算法在无线传感器网络中定位精度不足的问题,提出一种基于测距修正和蜜獾优化的改进DV_Hop定位算法。首先,通过多通信半径细化节点间最小跳数;其次,利用最小均方差准则与修正因子减少跳距误差;最后引入全局寻优性能优异的改进蜜獾算法代替最小二乘法计算未知节点坐标,进一步降低计算误差。经网络仿真验证,在不同条件下,优化算法较传统DV_Hop算法和改进算法（PDDV_Hop）定位误差平均下降16.62%、3.92%,能够有效地提高定位精度,且优化算法定位精度受锚节点数量影响较小,可在保证定位精度的前提下降低锚节点部署成本。     

基于三角不等式的加权双曲线定位DV-HOP算法

针对DV-HOP算法中信标距未知节点越远其测距误差越大的问题,提出了一种基于三角不等式的加权双曲线定位DV-HOP算法。该算法在计算信标间的距离和未知节点到一跳信标距离的基础上,利用三角不等式对未知节点到多跳信标的距离进行约束,以减小测距误差。在双曲线定位过程中引入一个与距离成反比的权值,以降低测距误差对节点定位精度的影响。仿真实验表明,在相同的条件下,与DV-HOP及相关改进算法相比,定位精度分别提高了13%和7%以上,且稳定可靠、易于实现。     

对跳距重估与最小跳数修正的DV-HOP算法

针对无线传感器网络DV-HOP算法中存在因平均跳距与最小跳数估计不准而引起的定位误差问题,提出了利用锚节点间距离对锚节点的平均跳距重估以及实现对待定位节点到锚节点最小跳数修正的DV-HOP算法。首先通过锚节点间实际距离与锚节点平均每跳距离与最小跳数乘积的误差值,来实现对待定位节点距离最近的锚节点平均跳距进行重估;并通过修正后的锚节点平均跳距来求出理论锚节点间最小跳数,求出理论最小跳数和实际最小跳数比值的修正系数,并通过修正系数实现对待定位节点的最小跳数修正,最后求出待定位节点到锚节点的距离,采用最小二乘法来计算出待定位节点的位置。仿真表明,改进的DV-HOP算法能降低节点定位的误差,提高定位的精度。     

基于修正 RSSI 值的四边形加权质心定位算法

在利用接收信号强度指示(RSSI)对无线传感器网络中的未知节点进行定位时,RSSI 值易受环境的影响导致定位误差, 为此提出基于 RSSI 测距修正的四边形加权质心定位算法(QWCRC)。 先对来自同一锚节点的多个 RSSI 值进行卡尔曼滤波,得 到修正的 RSSI 值,致使测距尽可能的接近真实距离;再采用四边形加权定位对未知节点进行定位,同时利用最小二乘法进行辅 助定位,此算法对于相邻锚节点圆不相交的情况给出新的解决方案。 实验结果对比表明,改进的算法相比较于四边形加权质心 算法(QWC)和 RSSI 测距修正的三角形加权算法(TWCRC),在锚节点数目 5×5 和噪声强度为 0 dbm 时,定位精度可分别提升 87. 14%和 35. 51%。     

基于动态贝叶斯 LS-SVM 的水下节点移动预测定位算法

针对水下无线传感器网络环境的复杂性和节点的动态性所导致的节点定位精度低的问题,提出了一种基于动态贝叶斯 LS-SVM 的水下无线传感器网络节点移动预测定位算法;该算法以信标节点到通信半径内所有信标节点的距离和跳数矩阵作 为训练集;利用贝叶斯证据框架构建贝叶斯 LS-SVM 模型,将未知节点与信标节点之间的跳数向量作为测试集;将测试集代入 到训练好的贝叶斯 LS-SVM 模型中来确定节点之间的距离,进而建立节点与信标节点距离矩阵的方程并利用最大似然估计法 对未知节点坐标进行估算;最后,通过循环迭代的方式对所有未知节点进行定位的同时使用自适应增减算法动态调整模型参数 和预测模型,以适应数据的动态变化;实验结果表明,该算法相同的节点密度下相较于 SLMP 算法、RTLC 算法、NDSMP 算法以 及 MPL 算法的平均定位误差分别降低了 24. 77%、22. 25%、3. 1%、6. 5%,有效地实现了水下未知节点的动态定位。     

基于共面度和分层结构的WSN三维定位算法

定位技术是无线传感网络的关键技术之一,而三维定位更是定位技术的难点和研究热点。研究了现有的各种典型定位算法,分析了它们的优点与不足之处,并在具有代表性的距离无关算法DV-Hop的基础上提出了两种改进算法,分别是基于共面度的三维DV-Hop算法和基于分层结构的室内三维DV-Hop算法。前者通过分析参考点拓扑结构对定位造成的影响,提出了共面度的概念,并且结合了多重阈值选择策略,仿真结果显示该算法比原算法提高了定位精度、减少了不良节点比例,并且具有更好的稳定性。后者通过分析建筑物中节点水平分层分布的特点,提出了分层结构的定位思想和投影测距算法,仿真结果显示该算法比原算法在参考点比例较低的情况下表现出更好的鲁棒性和稳定性。     

伪随机码相关检测的MDS MAP定位算法

针对当前无线传感器网络超声波设备定位精度不高的问题,改进了伪随机码相关的MDS-MAP定位算法。首先利用伪随机码相关检测技术,对节点发射出的超声信号进行编码,有效地增加了节点的测距距离和测量精度。然后对于未能测量到距离的节点使用Euclidean和最短路径融合算法进行处理,然后使用MDS-MAP算法生成节点的相对坐标,最后利用平面转换模型获取节点的最终坐标位置。仿真实验结果表明改进算法在不同网络规模和测距误差条件下均能够获得更高的定位精度和较小的定位误差。