淺論一種基于RSSI的DV—HOP加權(quán)算法1

鄧震

摘要：無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳感器如今應(yīng)用到許多領(lǐng)域。WSN中定位信息十分重要，主要的定位方法有兩種，其中基于距離的定位算法對(duì)設(shè)備要求比較高，無(wú)法廣泛實(shí)施。另一種算法雖然對(duì)設(shè)備要求比較低，但是對(duì)環(huán)境要求高，只有在理想環(huán)境下才能實(shí)現(xiàn)高精度定位。綜合以上兩種算法，提出一種新的算法：一種基于RSSI的DV-HOP加權(quán)算法。

關(guān)鍵詞：DV-HOP，定位，RSSI，無(wú)限傳感器網(wǎng)絡(luò)

1.概括

一、一個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)由許多傳感器節(jié)點(diǎn)組成，這些節(jié)點(diǎn)能夠傳感，計(jì)算和無(wú)線(xiàn)通信。由于它的功能全面和低消耗的特點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)得到廣泛應(yīng)用。在許多領(lǐng)域里，像國(guó)防，軍事，環(huán)境監(jiān)測(cè)，交通管理，長(zhǎng)距離控制危險(xiǎn)區(qū)域等一系列領(lǐng)域，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)將其重要性發(fā)揮出來(lái)。

二、位置信息在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳感器中尤其重要，當(dāng)一個(gè)異常的情況發(fā)生時(shí)，就需要傳感器節(jié)點(diǎn)能檢測(cè)出事件需要節(jié)點(diǎn)的位置信息來(lái)確定事件發(fā)生的位置，并且把相關(guān)信息發(fā)送給基站。因此，位置信息會(huì)嵌入在節(jié)點(diǎn)報(bào)告信息，WSN能否正常工作完全依賴(lài)于位置信息，實(shí)際上，節(jié)點(diǎn)在自由撒布的時(shí)候經(jīng)常會(huì)受到不同因素的破壞（飛機(jī)撒布），對(duì)于高成本，一般只有很少一部分節(jié)點(diǎn)配備全球定位系統(tǒng)（GPS），這部分節(jié)點(diǎn)由于帶有GPS所以能馬上獲得位置信息，其他的節(jié)點(diǎn)不能獲得這類(lèi)信息，所以如何獲得未知節(jié)點(diǎn)的位置信息，被稱(chēng)作定位研究，定位研究已經(jīng)成為WSN的熱門(mén)研究課題。

三、最近幾年出現(xiàn)了很多傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法，他們的大多數(shù)假設(shè)網(wǎng)絡(luò)包括一部分已知的錨節(jié)點(diǎn)，它們通過(guò)全球定位系統(tǒng)或者人為的配置來(lái)確定自身的位置，其他未知節(jié)點(diǎn)也不知道他們自身的位置信息，已知節(jié)點(diǎn)通過(guò)估計(jì)未知的信息來(lái)做到自身定位，當(dāng)一個(gè)未知節(jié)點(diǎn)知道三個(gè)及以上節(jié)點(diǎn)的位置信息，從而就能通過(guò)三邊測(cè)量算法來(lái)進(jìn)行定位，這些算法在理論上來(lái)說(shuō)能得到比較好的結(jié)果，然而，其實(shí)際效果卻沒(méi)有理論結(jié)果那么好，基于信號(hào)強(qiáng)度（rssi）的算法是現(xiàn)有算法最簡(jiǎn)單，使用最廣泛的一種。本文將提出基于RSSI的DV-HOP加權(quán)算法，一種RSS與DV-HOP結(jié)合的算法來(lái)實(shí)施未知節(jié)點(diǎn)的定位。

2.相關(guān)工作

定位算法無(wú)論是否需要測(cè)量節(jié)點(diǎn)間的真實(shí)距離總的來(lái)說(shuō)分為兩類(lèi)：測(cè)距和非測(cè)距定位算法。基于測(cè)距的算法需要測(cè)量真實(shí)的距離或者確定鄰近節(jié)點(diǎn)的位置信息，根據(jù)所獲得的信息來(lái)獲得相關(guān)的位置。而基于距離無(wú)關(guān)的算法是通過(guò)用估算距離來(lái)代替實(shí)際的距離從而達(dá)到定位的效果。

距離相關(guān)的定位算法：

TOA，TDOA，AOA是幾種比較普遍的基于測(cè)距的算法。因?yàn)樾枰~外的設(shè)備來(lái)提供其運(yùn)算，所以在大規(guī)模的傳感器應(yīng)用中成本會(huì)非常的高。RSSI是最基礎(chǔ)的方法，他可以通過(guò)理論或者假設(shè)的方式將信號(hào)強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為定位運(yùn)算所需要的估計(jì)距離，由于它的實(shí)施容易而且成本低，所以它應(yīng)用的最廣泛，，在基于RSSI方法里，發(fā)送端傳送的能量是可以知道的，接受端能夠計(jì)算接收信號(hào)的損耗。

距離無(wú)關(guān)的算法：

三角形測(cè)試中質(zhì)心估計(jì)法，等分法，dv-hop，amorphous等是最常用的基于距離無(wú)關(guān)的算法，在質(zhì)心估計(jì)法中，錨點(diǎn)在周期間隙把包括位置信息光束發(fā)送到鄰近，接受節(jié)點(diǎn)推斷最接近哪一個(gè)錨點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的位置就是能接受到信號(hào)錨點(diǎn)的質(zhì)心，算法簡(jiǎn)單，但需要很多錨點(diǎn)，apit是由三個(gè)錨點(diǎn)來(lái)組成，如果未知節(jié)點(diǎn)在三角形內(nèi)，它的位置就可知，在定位策略中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多次的APT測(cè)試，然后使用三角形相交區(qū)域的重心作為它的位置，同等法是不帶有定位相關(guān)幀GPS算法，因?yàn)闆](méi)有錨點(diǎn)存在，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)在得到鄰近節(jié)點(diǎn)的距離和鄰近節(jié)點(diǎn)之間的距離后，在它自己的同等區(qū)域來(lái)建立一個(gè)本地相關(guān)幀，然后與鄰近節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信來(lái)擴(kuò)展本地相關(guān)幀。

DV-HOP是由D.NICLLESCU和B.NATH提出來(lái)的，錨點(diǎn)產(chǎn)生包括位置信息和初始位為1的標(biāo)志的數(shù)據(jù)包，來(lái)確定它們的跳數(shù)。這些數(shù)據(jù)包在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳感器中到處都是，當(dāng)他們經(jīng)過(guò)鄰近節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，跳數(shù)自動(dòng)加一。在這種方式下，任何的節(jié)點(diǎn)都能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸情況確定跳數(shù)。同時(shí)錨點(diǎn)能計(jì)算來(lái)知其他節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)。每跳的平均距離可以由相應(yīng)的公式來(lái)計(jì)算，而且它將以廣播的形式，使每一個(gè)未知節(jié)點(diǎn)收到，節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)每跳的平均距離計(jì)算出它與已知節(jié)點(diǎn)的距離。得到三個(gè)或以上距離的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)的位置就可以決定，這種算法結(jié)合了RSSI和DV-HOP.

3.基于RSSI的DV-HOP算法

DV-HOP算法能夠計(jì)算出離錨點(diǎn)很遠(yuǎn)未知節(jié)點(diǎn)的位置。而且它不需要額外信息。然而，每跳平均距離的誤差很大。由于一個(gè)未知節(jié)點(diǎn)只能通過(guò)一條路經(jīng)得到跳數(shù)，所以它需要通過(guò)每跳平均距離來(lái)計(jì)算自身的位置。DV-HOP算法分以下步驟：首先，錨點(diǎn)廣播包括位置信息和初始位為1的標(biāo)志的數(shù)據(jù)包，當(dāng)信號(hào)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，跳數(shù)自動(dòng)加一，所以每個(gè)節(jié)點(diǎn)將可以計(jì)算出離錨點(diǎn)的距離，錨點(diǎn)接受到另一錨點(diǎn)的信號(hào)后可以計(jì)算平均每跳的距離。在計(jì)算出平均距離后，錨點(diǎn)將把它廣播到其他節(jié)點(diǎn)，未知節(jié)點(diǎn)得到平均每跳距離后計(jì)算出到錨點(diǎn)的距離。

4.總結(jié)

定位算法的評(píng)價(jià)的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)是位置和精度。根據(jù)以前的定位算法，本文提出了rssi和dv-hop結(jié)合的方法。在這種新的算法中，離錨節(jié)點(diǎn)最近的未知節(jié)點(diǎn)采用rssi測(cè)量來(lái)代替dv-hop算法。使用這種算法可以使誤差減少許多。然而任何事物都有兩面性。算法的限制是錨點(diǎn)的鄰近節(jié)點(diǎn)不能校正。所以如何實(shí)現(xiàn)對(duì)更多的節(jié)點(diǎn)定位以及提高定位的精度是接下來(lái)對(duì)這門(mén)算法所需要研究的問(wèn)題。

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