基于移动锚点的三维无线传感网节点定位算法研究

考虑在三维环境下移动锚点辅助定位传感节点的场景,提出一种基于移动锚点的三维无线传感网节点定位算法(NLA_3D).在NLA_3D算法中,移动锚点在随机移动探测的过程中,获知未定位传感节点所在连接树的所有传感节点信息,建立最小化移动路径长度和定位误差的优化模型,并引入遗传算法思想,提出一种混合海洋捕食者算法求解优化模型,即将遗传算法的变异操作认为是布朗运动,将遗传算法的交叉操作认为是莱维运动,并计算移动锚点的最优移动路径.移动锚点在最优移动路径上提供不共面的参考位置信息.因此未定位传感节点能够根据移动锚点或已定位传感节点位置信息,采用极大似然估计算法计算自身位置坐标.仿真结果表明:NLA_3D算法可定位监测区域内所有传感节点,增加传感节点的平均锚点位置个数和降低平均节点定位误差,比RAND、GREED和LMPS算法更优.     

数据空泡修正的LTE-5G传感网节点定位算法

针对当前LTE-5G传感网移动节点定位方法存在定位精度较低、误差较高等问题,提出了一种基于拉普拉斯预估与数据空泡修正的LTE-5G传感网移动节点定位算法.构建拉普拉斯预估方法,对节点连通度及待测距离进行精度阶跃,以完成待定位节点与锚节点间的待测均衡距离的实时估计.通过在数据报文中添加0字节,设计了数据空泡修正机制,实时获取移动节点拓扑连通状况,以优化节点的均衡跳数和强化定位抗噪性能,再引入三角定位方法,实现节点坐标的精确定位.仿真结果表明,与当前常用的被动扫描定位算法、二向度定位算法相比,所提算法具有更高的定位精度与更小的误差水平.所提算法具有较高定位精度与抗干扰能力,能给LTE-5G传感定位领域提供一定的技术支撑.     

基于超声波测距的高精度室内定位系统

基于超声波测距原理,提出了一种高精度室内定位方法,给出了实验系统结构,设计了系统硬件与软件,完成了系统定位实验,分析了产生误差的原因与解决方法。在2 m×2 m定位区域内,布置4个坐标已知的带有射频通信和超声波测距功能的测距节点构成定位基点。根据定位区域内移动节点与定位基点的超声波测距结果,得到移动节点与各定位基点的距离,再将这些距离通过射频通信上传到上位机进行处理、计算,得到移动节点的坐标。实验结果表明:测量定位误差不超过3 cm,动态响应良好。     

基于信道随机干涉博弈机制的移动传感网安全传输算法

为解决移动传感网安全传输领域存在的网络传输带宽较低、节点抖动现象难以控制等不足,提出了一种基于信道随机干涉博弈机制的移动传感网安全传输算法。首先,根据移动传感网覆盖存在的冗余特性,采取信道频率干涉机制对信道信噪比予以精确评估,以降低信道干涉对传输的不利影响,进而消除冗余数据并增强节点数据传输能力。随后,基于博弈退避机制提出了时间匹配方法,利用最低信道信噪比模型对节点数据传输周期予以调控,降低因数据重传输导致的网络拥塞,从而降低节点抖动发生频率。仿真实验表明,与常用的高效均衡分布机制的移动传感网安全传输算法和异构能量预测机制的移动传感网安全传输算法相比,所提出的算法具有更高的传输带宽及更低的网络节点累计抖动频次。     

基于节点紧密度中继转发的移动延迟容忍传感网传输算法

为解决移动延迟容忍传感网存在的时延突出、超宽带传输性能不佳等问题,提出了一种基于节点紧密度中继转发的移动延迟容忍传感网传输算法。引入邻域节点数量作为指标,以评估节点相遇概率,将节点相遇过程优化为邻域节点覆盖问题,以提升网络对节点相遇过程的感知能力。采用邻域节点重复覆盖数量作为判定依据,以评估节点运动性能,设计了基于紧密度的节点相遇感知机制,对节点运动活跃程度进行感知,增强节点对相遇过程的感知能力,有效提高下一跳目标节点的链接质量。基于马尔科夫评估机制,采用连接状态转移矩阵来评估节点链接概率,优选链接性能较高的节点作为下一跳节点,以优化源节点与目的节点间链路,增强链路对高带宽传输环境的适应能力。仿真结果表明,与基于分簇机制的传感网节能传输算法和基于低时延机制的传感网传输编码算法相比,所提算法具有更低的平均端对端时延和链路累计中断次数,以及更高的全网传输带宽。     

无线传感网络节点定位算法分析

节点定位是无线传感网络的关键技术之一,已经在军用、民用方面得到很广泛的应用。探讨了国内外无线传感网络定位技术现状,对无线传感网络节点定位技术做了调查研究,从锚节点/无锚节点定位、集中式/分布式定位、测距/非测距定位算法进行阐述,同时对各类算法从节点定位的定位精度、规模、功耗等不同角度进行了对比。重点探讨基于RSSI的质心定位算法,并进行仿真,结果表明其定位精度明显提高。     

使用移动锚节点的增量式自定位算法研究

无线传感网节点自定位技术是许多相关应用的前提和基础,目前已提出多种定位算法,但大多用于静态无线传感网。针对使用移动锚节点定位场景提出一种基于测距的算法PMAIL（PSO-based Mobile Anchor Incremental Localization）,将节点精度分级,选择高等级参考节点进行增量式定位,同时使用粒子群算法（PSO）求解加权误差方程,得到最优位置估计。算法不局限于特定测距方式,锚节点可同时支持常见的移动sink数据收集和网络管理等功能。仿真表明算法有较高的网络覆盖率,精度提高接近9%。     

基于运动轨迹捕捉与正交覆盖的WSN节点定位算法

传统无线传感器网络(WSN)节点定位算法难以适应节点快速移动的高拓扑变化环境,导致识别误差较大。针对该问题,提出一种基于运动轨迹捕捉与正交覆盖机制的WSN节点定位算法。利用捕捉锚节点射频强度的方法对节点运动轨迹进行覆盖定位,获取性能最佳的锚节点及其坐标,改善因锚节点失效或信号强度弱导致的弱定位现象。在此基础上,采用拉格朗日插值函数设计运动轨迹捕捉方法,联合纵向及横向坐标维度进行节点运动矢量的精确捕捉,在精度可控的条件下实现对下一时刻节点坐标的初步预测,优化锚节点对运动节点的区域覆盖。同时利用正交覆盖方式设计基于过滤机制的区域优化方法,提高覆盖区域坐标抽样和网络信号定位精度。仿真结果表明,与2S-HGR机制和TDLM机制相比,该算法具有较好的动态路径捕捉效果与坐标定位准确性。     

基于可预测移动汇聚节点的无线传感网分簇算法研究

在汇聚节点移动可预测情况下,提出一种无线传感网分簇算法。该算法将subsink节点引入到HEED分簇算法中,以较快感知移动路径变化,快速形成分簇拓扑;采用sink节点注册机制,实现汇聚节点移动过程中的信息交互。实例分析表明,该算法能快速形成合理网络拓扑,延长无线传感网的生存期。     

井下电磁波超声联合定位方法

针对现有井下人员定位技术定位精度较低的问题,通过分析电磁波、超声波测距原理及在井下巷道的应用特点,提出了一种井下电磁波超声联合定位方法。该方法根据对数-常态分布模型,通过近似运算得到移动节点到2个锚节点的距离之比,以电磁波测距方法得到移动节点的纵向坐标,以超声波测距方法得到移动节点的横向坐标。Matlab仿真结果验证了该方法的可行性及精确度。     

基于跳距修正与狮群优化的WSNs三维定位算法

针对DV-Hop在三维空间中存在定位误差,为提高节点定位精度,提出一种基于跳距修正和狮群优化的WSNs三维定位算法(HCLSO-3D).首先,通过多通信半径传播,对节点跳数进行精确划分,得到优化跳数值.其次,使用相似路径搜索算法获取与待定位节点到相应锚节点之间最相似的锚节点对的路径,对此路径平均跳距值进行修正,得到待定位节点到目标锚节点的平均跳距.最后,利用狮群算法优化求解待定位节点坐标位置.仿真结果表明,在同样的网络环境下,HCLSO-3D算法与3D-DV Hop定位算法和文献[16]定位算法相比,定位精度明显提高.     

基于虚拟力移动锚节点的3D-DVHop-ACR定位算法

针对传统以及各种经改进的3D-DVHop算法对未知节点定位误差较大,且未对定位成本进行实质性降低的问题,提出一种基于虚拟力移动锚节点的3D-DVHop-ACR定位算法.该算法引入虚拟力移动锚节点,在降低定位成本的同时可使锚节点移动路径遍历整个网络空间且不会进入网络空洞区域;通过RSSI值辅助测距与三维跳距加权修正节点间跳数和跳距,利用所有锚节点定位误差修正各未知节点估计坐标;同时,结合最大似然估计法对邻居节点数不小于3的节点继续精化,以进一步降低定位误差.     

基于多通信半径和跳距加权的WSNs三维迭代定位算法 �

针对三维DV-Hop全局跳数划分不够精确,平均跳距与实际跳距偏差大导致定位误差大的问题,提出一种基于多通信半径和跳距加权的WSNs三维迭代定位算法。首先,参考锚节点比例设置跳数阈值进行迭代定位;其次,利用多通信半径和多跳跳数偏差对单跳和多跳节点跳数进行精确划分;最后,将估计跳距与最大通信半径的偏差设为平均跳距的权值,采用最小最大法计算节点位置。仿真结果表明,在锚节点比例较大和通信距离较短时,该算法与3D-DVHop、3D-WD-DVHop和基于三维球形分割定位算法相比,定位精度明显提高。     

基于移动锚节点的改进DV-Hop算法

DV-Hop是一种典型的无须测距的定位算法,针对该算法在定位过程中存在的定位精度不高的问题,提出了一种基于移动锚节点的改进算法。利用锚节点的移动形成多个虚拟锚节点,有效减少了锚节点的使用数量;并在原算法基础上,修正平均跳距,使其更接近真实值。仿真结果表明:改进算法定位误差比传统DV-Hop算法平均降低了约 30%,大大提高了定位精度。     

基于改进的洪泛广播和粒子滤波的无线传感器网络节点定位

针对目前移动无线传感器网络定位问题存在的不足,提出了一种基于改进的洪泛广播机制和粒子滤波的节点定位算法。对于一个给定的未知节点,首先采用改进的洪泛广播机制,从离它最近的锚节点得到的有效平均跳距来计算出它到它的所有邻居节点的距离。然后采用一种差分误差校正算法,以减小平均跳距中由于多跳累积造成的测量误差;其次,采用粒子滤波和虚拟锚节点来减小预测区域,得到更有效的粒子预测区域,从而进一步减小对未知节点位置的估计误差。仿真结果表明,所提算法与定位算法DV-Hop、蒙特卡罗Baggio（MCB）和基于测试的蒙特卡罗定位（MCL）相比,能够有效地抑制冗余广播和减小与节点定位相关的消息开销,以较低的通信成本实现较高精度的定位性能。     

杰卡德系数差分误差跳距修正的DV-hop改进算法

为了减小无需测距的DV-hop算法的定位误差,提出基于杰卡德系数跳数修正因子的DV-hop改进算法（JDV-Hop）。改进算法使用节点个数集合的杰卡德系数细化节点间的跳数,减小对节点单跳距离内未知节点跳数的估计误差,然后利用DDV-hop算法中的差分误差系数进一步修正节点间的平均跳距。最后在选择参与定位计算的锚节点时,引入一种节点间可以协作式定位的可信度因子,将定位结果精度高的节点升级为新的锚节点,进行下一轮定位。MATLAB仿真结果显示,在相同条件下,改进算法不仅无需增加额外的硬件开销,且与DDV-hop等现有改进算法相比具有明显更高的定位精度。     

基于阈值机制与距离校正的WSN改进DV-Hop定位算法

在无线传感器网络的DV-Hop定位算法中,未知节点定位只考虑离它最近的锚节点的平均跳距,用它乘以跳数代替真实距离去进行定位,会导致较大的定位误差。针对DV-Hop算法以上的不足,本文提出了一种精度较高的基于阈值机制与距离校正的DV-Hop改进算法TMCD-DV-Hop。改进算法首先计算跳数阈值,考虑最近锚节点之外的其他锚节点在局部范围和全局范围的影响,依据阈值选择最优的校正平均跳距来估计距离,并对参与定位的单跳通信半径内的锚节点进行组合优化后,采用质心算法得到一个估计坐标,同时利用加权最小二乘法得到另一个估计坐标,最后以两个估计坐标的算术平均值作为未知节点的定位坐标。仿真实验表明,在同等网络环境中,改进后的TMCD-DV-Hop算法较DV-Hop算法更能有效地降低定位误差,提高定位精度。     

基于跳数区域划分的DV-Hop改进算法

DV-Hop节点定位算法使用跳数乘以平均每跳跳距估算节点间的距离,而平均每跳跳距的估算精确度与网络的拓扑结构、节点密度、节点通信半径等参数都有关系。针对DV-Hop算法过程存在的不足,为减少定位误差,本文提出了一种基于跳数区域划分的DV-Hop改进算法,引入了RSSI测距技术和限跳机制,优化参与定位的信标节点组合,采用多次三边测量法,最后用质心法确定未知节点坐标。MATLAB仿真测试表明,在相同的检测环境下,改进后的算法与其他改进算法相比,能更有效地降低定位误差,提高定位精度。     

无线传感网络中基于测距修正的定位算法

为了提高DV-Hop算法的定位精度,提出基于测距修正的无迹卡尔曼滤波优化定位算法UKF-DV-Hop(Unscented Kalman Filtering Localization algorithm based on modifying average hop distance).UKF-DV-Hop算法先对信标节点广播的信息包进行改进,然后对跳距误差进行加权处理,进而减少测距误差,再利用最小二乘法估计未知节点位置,最后再利用无迹卡尔曼滤波UKF滤波优化节点位置.实验结果表明,与传统的DV-Hop算法相比,提出的UKF-DV-Hop算法的归一化平均误差率下降了约40%.     

无线传感器网络DV-hop定位算法的改进

 DV-hop算法是无线传感器网络中典型的非测距定位算法,其核心思想是将平均跳距与跳数的乘积作为2个节点间的距离,即采用节点间跳段距离代替实际直线距离参与位置计算。跳段距离计算过程中的误差累计是影响DV-hop算法定位精度的主要因素。本文提出基于门限跳数的信标节点选择策略和基于权的平均跳距优化策略,通过这2种策略减少跳段距离计算过程中的误差累计,提高定位精度。改进后的DV-hop算法通过门限跳数优化信标节点的选取,仅将小于门限跳数的信标节点当作位置计算的有效节点,从跳数角度减少了误差累计;此外,改进后的DV-hop算法在未知节点平均跳距选取上,以最佳跳距替代最近信标节点的平均跳距,更加真实地反映了实际距离,从平均跳距角度减少了误差累计。仿真结果表明,改进后的算法在不同的信标节点数、不同的节点通信半径以及不同的节点稀疏程度下,均能得到更高的定位精度。