基于DV-Hop的无线传感器网络定位算法研究

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1、论文分类号：２学校代码１０７０８：学号：１５０６０１９Ｍ＾ｋＡＡＡＡｌＳＨＡＡＮＸＩＵＨｆＶＥｆｉＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＨＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔｈｅｓ’ｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ基于ＤＶ－Ｈｏｐ的无线传感器网络定位算法研究刘勇指导教师姓名：党宏社教授学科名称：控制理论与控制工程论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：基于DV-Hop的无线传感器网络定位算法研究学科门类：工学一级学科：控制科学与工程培养单位：电气与

2、信息工程学院硕士生：刘勇导师：党宏社教授2018年5月STUDYOFLOCALIZATIONALGORITHMSFORWIRELESSSENSORNETWORKBASEDONDV-HOPAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByYongLiuSupervisor:Prof.HongsheDangMay2018基于DV-Hop的无线传感器网络定位

3、算法研究摘要无线传感器网络在目标跟踪、智能家居、医疗护理等诸多领域得到了广泛的应用，而节点定位对无线传感器网络应用有较大的影响。目前节点定位算法主要有基于测距的定位算法和基于无需测距的定位算法两类。后者具有实现简单、功耗低等优点，所以更适合节点定位。DV-Hop(DistanceVector-Hop)算法作为该类算法中的一种，其依然存在着定位精度不高等问题，所以有必要对其进行进一步研究。具体的研究内容如下：（1）基于跳数修正和平均跳距加权的DV-Hop定位算法研究。该算法首先将节点接收的信号强度值通过Shadowing模型转化为节点之间的距离，利用该距离值与节点之间的通

4、信半径的比值来修正跳数值；其次利用未知节点与信标节点之间的跳数值的倒数作为平均每跳距离的权值，并对权值进行归一化处理；最后采用极大似然方法求取未知节点的坐标。（2）基于蝙蝠优化的DV-Hop定位算法研究。该算法首先沿用了跳数修正和平均跳距加权方法；其次针对极大似然坐标计算方法存在的问题，将节点的定位问题转化为求解非线性方程组的最小值问题；最后利用改进的蝙蝠算法来代替极大似然算法求取未知节点的坐标。其中对蝙蝠算法的改进主要三点：缩小蝙蝠初始化位置的区域；根据蝙蝠当前的适应度函数值自适应地调整值；利用差分进化算法进行局部搜索以获得新解。（3）一个无线传感器网络定位系统的搭

5、建。该系统包含未知节点、信标节点、协调器节点和上位机软件四个部分。节点的无线通信芯片采用CC2530芯片，并通过IAR开发软件分别完成了信标节点、未知节点以及协调器节点的功能开发。利用C#语言进行上位机开发，开发的上位机软件能够实现接收和处理协调发送的数据，并实现了未知节点与信标节点之间的跳数信息和距离信息的存储和查询以及节点坐标信息的显示。对定位系统进行了功能测试，并已通过实验验证，未知节点在该系统中取得了较好的定位结果。关键词：无线传感器网络，DV-Hop定位算法，跳数修正，平均跳距加权，蝙蝠算法，差分进化算法ISTUDYOFLOCALIZATIONALGORITH

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

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