一种基于 rssi 的无线传感器网络 dv-hop 算法

一种基于rssi的无线传感器网络dv-hop算法 Shuang Tian, Xinming Zhang, Pengxi Liu, Peng Sun, Xinguo Wang Department of Computer Science and Technology University of Science and Technology of China Hefei, 230027, P.R. China

报告内容 • 1、摘要 • 2、引言 • 3、相关工作 • 4、基于RSSI的DV-HOP算法 • 5、性能仿真 • 6、结论

一、摘要 • 无线传感器网络广泛应用于多个领域。定位的信息对WSN的操作非常重要，这里主要有两类定位方法，基于距离的定位算法对硬件的要求很高，所以实际上很难实施。距离无关的定位算法减少了硬件成本，然而，它只有在理想的环境下才得到高精度的定位效果，本文通过整合这两种类型的定位算法，提出一种新型的基于RSSI的DV-HOP算法（RDV-HOP）来实现对未知坐标节点的定位。通过仿真证明本算法相对以前的算法，定位的精度大大提高。 • 关键词：DV-HOP,定位，RSSI，无限传感器网络

二、引言 • 近年来，有很多传感器网络定位算法，他们的大多数假设网络包括一部分已知的锚节点，它们通过GPS或者人为的配置确定自身的位置，其他未知节点不知道他们自身的位置，未知节点通过估计位置的信息来实现自身定位，当一个未知节点知道三个以上锚节点的位置信息，它就能利用三边测量算法来定位，这些算法能够在理论上得到很好的结果，然而，在实际应用上效果较差，基于信号强度（rssi）的算法是现有算法最简单，使用最广泛的一种。本文将提出基于RSSI的DV-HOP算法，一种RSSI与DV-HOP结合的算法来实施未知节点的定位。

三、相关工作 • 定位算法分成两类：测距和非测距定位算法。基于测距的算法需要测量真实的距离或者确定邻近节点的方位，然后利用信息来确定节点的位置。基于距离无关的算法利用估计的距离来替代真实距离来定位。 • 距离相关的定位算法： • 现有普遍的基于测距的方法有TOA，TDOA，AOA,RSSI • 距离无关的算法： • 最常用基于距离无关的算法有三角形测试质心估计法，等分法，dv-hop,amorphous。

四、基于RSSI的DV-HOP算法 • DV-HOP算法能够计算出离锚点很远未知节点的位置。而且它不需要额外信息。然而，每跳平均距离的误差很大。每个未知节点自身的位置需要通过每跳平均距离来计算。误差的大小由路由的弯曲程度决定。如下图所示：

所以，我们提出基于RSSI的DV-HOP定位算法，把RSSI和DV-HOP结合起来，目的是减少仅仅使用DV-HOP算法带来的定位误差。

所有锚节点将产生RSSI数据包在网络中广播，所有的未知节点会根据信号强度RSSI来计算出他到节点的距离。在图2，节点M到L1,L2为10。到锚节点跳数为1。然后使用DV-HOP算法计算出M到其他节点的距离。M到L3的距离是7.5*3=22.5,然后M能够使用10，10，22.5作为3边测量法的三边，替代之前的7.5,7.5,22.5，精度比之前的好很多。

五、性能仿真 • 我们将实现对dv-hop和rdv-hop算法仿真，然后对两种算法估算的精度进行比较。本论文采用ocaml和cygwin来仿真。

由图可看出，rdv-hop的效果比dv-hop好，同时随着锚节点的增多，定位的精度更高。在特定锚节点比例的仿真中，rdv-hop的效果都比dv-hop好。随着锚节点的增多，锚节点邻近的未知节点就越多，所以会得到更多的rssi值，定位的精度更高。

六、结论 • 精度和定位的成本是评价定位算法一个重要的标准。根据以前的定位算法，本文提出了rssi和dv-hop结合的方法。新的rdv-hop算法中，离锚节点最近的未知节点采用rssi测量来代替dv-hop算法。采用这种方法，估算的误差大大的减少。仿真实验已经证明了这种方法的优越性。算法最大的限制是锚点的邻近节点不能校正。所以如何实现对更多的节点定位以及提高定位的精度是课题以后研究的方向。

一种基于 rssi 的无线传感器网络 dv-hop 算法