淺論一種基于RSSI的DV—HOP加權算法

鄧震

摘要：無線網絡傳感器如今應用到許多領域。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設備要求比較高，無法廣泛實施。另一種算法雖然對設備要求比較低，但是對環境要求高，只有在理想環境下才能實現高精度定位。綜合以上兩種算法，提出一種新的算法：一種基于RSSI的DV-HOP加權算法。

關鍵詞：DV-HOP，定位，RSSI，無限傳感器網絡

1.概括

一、一個無線傳感器網絡由許多傳感器節點組成，這些節點能夠傳感，計算和無線通信。由于它的功能全面和低消耗的特點，無線傳感器網絡得到廣泛應用。在許多領域里，像國防，軍事，環境監測，交通管理，長距離控制危險區域等一系列領域，無線傳感器網絡已經將其重要性發揮出來。

二、位置信息在無線網絡傳感器中尤其重要，當一個異常的情況發生時，就需要傳感器節點能檢測出事件需要節點的位置信息來確定事件發生的位置，并且把相關信息發送給基站。因此，位置信息會嵌入在節點報告信息，WSN能否正常工作完全依賴于位置信息，實際上，節點在自由撒布的時候經常會受到不同因素的破壞（飛機撒布），對于高成本，一般只有很少一部分節點配備全球定位系統（GPS），這部分節點由于帶有GPS所以能馬上獲得位置信息，其他的節點不能獲得這類信息，所以如何獲得未知節點的位置信息，被稱作定位研究，定位研究已經成為WSN的熱門研究課題。

三、最近幾年出現了很多傳感器網絡定位算法，他們的大多數假設網絡包括一部分已知的錨節點，它們通過全球定位系統或者人為的配置來確定自身的位置，其他未知節點也不知道他們自身的位置信息，已知節點通過估計未知的信息來做到自身定位，當一個未知節點知道三個及以上節點的位置信息，從而就能通過三邊測量算法來進行定位，這些算法在理論上來說能得到比較好的結果，然而，其實際效果卻沒有理論結果那么好，基于信號強度（rssi）的算法是現有算法最簡單，使用最廣泛的一種。本文將提出基于RSSI的DV-HOP加權算法，一種RSS與DV-HOP結合的算法來實施未知節點的定位。

2.相關工作

定位算法無論是否需要測量節點間的真實距離總的來說分為兩類：測距和非測距定位算法。基于測距的算法需要測量真實的距離或者確定鄰近節點的位置信息，根據所獲得的信息來獲得相關的位置。而基于距離無關的算法是通過用估算距離來代替實際的距離從而達到定位的效果。

距離相關的定位算法：

TOA，TDOA，AOA是幾種比較普遍的基于測距的算法。因為需要額外的設備來提供其運算，所以在大規模的傳感器應用中成本會非常的高。RSSI是最基礎的方法，他可以通過理論或者假設的方式將信號強度轉化為定位運算所需要的估計距離，由于它的實施容易而且成本低，所以它應用的最廣泛，，在基于RSSI方法里，發送端傳送的能量是可以知道的，接受端能夠計算接收信號的損耗。

距離無關的算法：

三角形測試中質心估計法，等分法，dv-hop，amorphous等是最常用的基于距離無關的算法，在質心估計法中，錨點在周期間隙把包括位置信息光束發送到鄰近，接受節點推斷最接近哪一個錨點，節點的位置就是能接受到信號錨點的質心，算法簡單，但需要很多錨點，apit是由三個錨點來組成，如果未知節點在三角形內，它的位置就可知，在定位策略中每一個節點進行多次的APT測試，然后使用三角形相交區域的重心作為它的位置，同等法是不帶有定位相關幀GPS算法，因為沒有錨點存在，每一個節點在得到鄰近節點的距離和鄰近節點之間的距離后，在它自己的同等區域來建立一個本地相關幀，然后與鄰近節點進行通信來擴展本地相關幀。

DV-HOP是由D.NICLLESCU和B.NATH提出來的，錨點產生包括位置信息和初始位為1的標志的數據包，來確定它們的跳數。這些數據包在無線網絡傳感器中到處都是，當他們經過鄰近節點轉發，跳數自動加一。在這種方式下，任何的節點都能根據網絡傳輸情況確定跳數。同時錨點能計算來知其他節點的跳數。每跳的平均距離可以由相應的公式來計算，而且它將以廣播的形式，使每一個未知節點收到，節點可以根據每跳的平均距離計算出它與已知節點的距離。得到三個或以上距離的時候，節點的位置就可以決定，這種算法結合了RSSI和DV-HOP.

3.基于RSSI的DV-HOP算法

DV-HOP算法能夠計算出離錨點很遠未知節點的位置。而且它不需要額外信息。然而，每跳平均距離的誤差很大。由于一個未知節點只能通過一條路經得到跳數，所以它需要通過每跳平均距離來計算自身的位置。DV-HOP算法分以下步驟：首先，錨點廣播包括位置信息和初始位為1的標志的數據包，當信號傳輸到另一個節點，跳數自動加一，所以每個節點將可以計算出離錨點的距離，錨點接受到另一錨點的信號后可以計算平均每跳的距離。在計算出平均距離后，錨點將把它廣播到其他節點，未知節點得到平均每跳距離后計算出到錨點的距離。

4.總結

定位算法的評價的一個重要標準是位置和精度。根據以前的定位算法，本文提出了rssi和dv-hop結合的方法。在這種新的算法中，離錨節點最近的未知節點采用rssi測量來代替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。算法的限制是錨點的鄰近節點不能校正。所以如何實現對更多的節點定位以及提高定位的精度是接下來對這門算法所需要研究的問題。

參考文獻：

[1]田曉寧，關維國， 邊大偉.一種基于改進跳數和平均跳距的DV-Hop定位算法[J].遼寧工業大學學報（自然科學版），2012（06）：13-16.

[2]張丹，姚念民，馬寶英.無線傳感器網絡中基于關鍵節點的路由算法研究[J].小型微型計算機系統，2014（05）：95-98.

[3]任紅建，朱玲玲，楊愛琴.基于RSSI測距和DV-HOP誤差修正的WSN節點定位[J].計算機測量與控制，2012（10）： 269-272.

[4]張海利.無線傳感網絡中基于APIT的三維定位及求精方法[D].南昌航空大學，2012.

[5]周彥，文寶，李建勛.無線傳感器網絡節點近點加權質心定位方法[J].計算機工程與應用，2012（01）：91-93+97.