DVHOP定位算法学习.pptx

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1、目录1 1背景介绍4 仿真模拟3 DV-HOP定位算法 2 2 定位技术分类5结束语第1页/共31页第一页，编辑于星期五：十七点 二十六分。定位技术的研究意义：无线传感器网络与传统的有限传感器相比,有许多优势,具有较小的体积、消耗能量较少、自身的组织方式较简单、无需专人值守,以及具备比较高的容错性等,不仅能够减少网络部署的时间,降低部署成本,还能部署于传统有限传感器无法应用的区域。节点的感知数据必须与位置相结合，离开位置信息，感知数据是没有意义的，因此它在国防军事、环境监测、工业监控、健康医疗，大数据，云计算、智能家居、公共安全等领域得到了越来越深入的应用。背景第2页/共31页第二页，编辑于星

2、期五：十七点 二十六分。无线传感器网络：指一种在监测区域内随机部署的传感器节点通过无线通信方式形成的多跳、自组织的分布式网络（分散控制；效率高；资源共享）。第3页/共31页第三页，编辑于星期五：十七点 二十六分。DV-Hop定位机制由美国路特葛斯大学的Dragos Niculescu等人提出的，DV-Hop算法是为了避免对节点间的距离直接进行测量而提出的一种基于距离矢量路由（根据目的地远近决定最好路径）的非测距定位算法。非常类似于传统网络中的距离向量路由（从相邻站点收集网络列表，来路由选择）机制。无线传感网络DVHOP定位第4页/共31页第四页，编辑于星期五：十七点 二十六分。定位技术的分类

3、根据定位过程中是否需要测量实际节点间的距离，定位算法可分为基于测距(Range-Based)的定位算法和无需测距(Range-Free)的定位算法。第5页/共31页第五页，编辑于星期五：十七点 二十六分。需要测量相邻节点间的绝对距离或方位绝对距离或方位，并利用节点间的实际距离实际距离来计算未知节点的位置。无需这些测量信息，而是根据网络连通性网络连通性等信息，利用节点间的估计估计距离距离计算节点位置。无需测距的定位基于测距的定位定位的分类第6页/共31页第六页，编辑于星期五：十七点 二十六分。特点比较定位精度相对较高，但对额外的硬件设施要求也比较高成本低、功耗小、抗测量噪声能力强、硬件设备简单无

4、需测距技术的定位基于测距的定位第7页/共31页第七页，编辑于星期五：十七点 二十六分。DV-Hop算法基本思想(1)通过距离矢量路由方法使未知节点获得与信标节点之间的最小跳数(2)并计算出每跳的平均距离，然后以每跳平均距离和最小跳数的乘积作为未知节点与信标节点之间的估计距离，(3)再利用三边测量法获得未知节点的位置估算。第8页/共31页第八页，编辑于星期五：十七点 二十六分。三边测量法三角测量法极大似然估计法节点定位基本计算方法第9页/共31页第九页，编辑于星期五：十七点 二十六分。节点定位基本计算方法三边测量法第10页/共31页第十页，编辑于星期五：十七点 二十六分。若在测距过程中存在误差，

5、上述三个圆无法交于一点，用存在误差的d1、d2、d3去解上述方程时便无法得到正确解。因此，在实际计算坐标时，一般不采用上述解方程的方法，而采用极大似然估计或其他数值解法。三边测量法缺点第11页/共31页第十一页，编辑于星期五：十七点 二十六分。三角测量法已知A、B、C三个节点的坐标，节点D相对于节点A、B、C的角度，确定节点D的坐标；转换为三边测量法。第12页/共31页第十二页，编辑于星期五：十七点 二十六分。极大似然估计法已知1、2、3等n个节点的坐标，及它们到未知节点D到距离，确定节点D的坐标；最小均方差估计算法。第13页/共31页第十三页，编辑于星期五：十七点 二十六分。极大似然估计法使

6、用标准的最小二乘法可以得到未知节点的坐标为第14页/共31页第十四页，编辑于星期五：十七点 二十六分。DV-HOP算法 DV-HOP定位算法具有方法简单，定位精度较高的特点，它是利用距离矢量路由和GPS定位的思想提出的一系列分布式定位方法之一。指依赖节点间的信息依赖节点间的信息交换和协调交换和协调，由节点自行计算的定位方式。第15页/共31页第十五页，编辑于星期五：十七点 二十六分。DV-HOP算法的3个阶段（算法基本思想）第1阶段：网络中的各参考节点通过典型的距离矢量交换协议向邻居节点广播自身位置信息分组，使得网络中的所有节点获得距参考节点的最小跳数信息。左图是一个由9个节点组成的小型传感器

7、网络。L1 L2 L3 为三个参考节点 剩余的都为未知节点，对节点A定位第16页/共31页第十六页，编辑于星期五：十七点 二十六分。DV-HOP算法的3个阶段：为锚节点i与锚节点j的坐标：为锚节点i与锚节点j之间的实际距离：为锚节点i到锚节点j之间的跳数：以锚节点i为基准，计算出的平均每跳距离M ：锚节点总个数：锚节点i的平均每跳距离的权值第1阶段：第17页/共31页第十七页，编辑于星期五：十七点 二十六分。DV-HOP算法的3个阶段-无偏估计准则 第2阶段：每个参考节点利用其它参考节点的位置信息和相隔最小跳数来计算平均每跳距离，并将其作为一个校正值广播至网络中。当接收到校正值后，节点根据跳数

8、计算与参考节点之间的距离。第18页/共31页第十八页，编辑于星期五：十七点 二十六分。第2阶段：平均每跳距离当获得每个参考节点的平均每跳距离后，需要将其广播至网络中的其他节点(采用flooding算法)。未知节点接收到的平均每跳距离有两种方法：方法1中未知节点仅记录接收到的第1个平均每跳距离，并转发给邻居节点；方法2中未知节点记录其到每个参考节点的不同的平均每跳距离。方法1确保了绝大多数节点从最近的参考节点接收平均每跳距离值，也就是说，在方法1中将从最近参考节点接收的平均每跳距离作为整个网络的平均每跳距离。但由于网络中节点分布的随机性，需要尽可能多地利用网络中的信息，采用方法2将具有比采用方法

9、1更优越的性能。第19页/共31页第十九页，编辑于星期五：十七点 二十六分。第2阶段：平均每跳距离归一化处理得到权值 通过这个加权过程，使得定位节点的平均每跳距离能从多个信标节点的平均每跳距离中得到反映，使得定位节点的平均每跳距离更接近于网络的实际平均每跳距离。权值每跳距离第20页/共31页第二十页，编辑于星期五：十七点 二十六分。第2阶段：-最小均方误差准则 每个参考节点利用其它参考节点的位置信息和相隔最小跳数来计算平均每跳距离，并将其作为一个校正值广播至网络中。当接收到校正值后，节点根据跳数计算与参考节点之间的距离。第21页/共31页第二十一页，编辑于星期五：十七点 二十六分。DV-HOP

10、算法的3个阶段 第3阶段：当未知节点获得与3个或更多参考节点的距离时，根据三边测量法或极大似然估计法来计算未知节点的位置。第22页/共31页第二十二页，编辑于星期五：十七点 二十六分。1一第23页/共31页第二十三页，编辑于星期五：十七点 二十六分。2第24页/共31页第二十四页，编辑于星期五：十七点 二十六分。性能指标(1)节点密度 一般来说，网络中节点密度越大，定位精度越高。DV-Hop算法只能在节点分布比较密集的无线传感器网络中才能合理地估算平均每跳距离，然后才能较准确地估算出节点的位置。(2)锚节点密度 因为人工部署锚节点的方式受到网络所处自然环境的限制；而搭载GPS模块的锚节点成本会

11、比普通节点高两个数量级。这些都限制了锚节点在整个网络中所占的比例不能太大。第25页/共31页第二十五页，编辑于星期五：十七点 二十六分。(3)定位能耗 因此我们在可以容忍的定位精度范围内，尽量的减少电源能量损耗，需要减少电源能量在通信、计算和存储方面的消耗。性能指标(4)覆盖率 我们将无线传感器网络中可实现定位的未知节点与网络一开始投放的总的未知节点数的比值定义为定位算法的覆盖率。我们研究自定位算法和系统的目地是最大程度地实现未知节点的精确定位。第26页/共31页第二十六页，编辑于星期五：十七点 二十六分。MATLAB 仿真模拟DV-HOP算法基于MATLAB仿真模拟DV-HOP定位算法。第27页/共31页第二十七页，编辑于星期五：十七点 二十六分。MATLAB仿真结果通过MATLAB仿真分析可以看出，DV-HOP算法只是一种基本的定位算法，仍有较大误差，还需要改进。第28页/共31页第二十八页，编辑于星期五：十七点 二十六分。结束语本文只是对无线传感器网络DV-HOP定位算法进行简单介绍，限于能力有限没有深入学学习。网络定位算法很值得我们学习研究。第29页/共31页第二十九页，编辑于星期五：十七点 二十六分。谢谢！第30页/共31页第三十页，编辑于星期五：十七点 二十六分。感谢您的观看。第31页/共31页第三十一页，编辑于星期五：十七点 二十六分。