浅论一种基于RSSI的DV—HOP加权算法1

邓震

摘要：无线网络传感器如今应用到许多领域。WSN中定位信息十分重要，主要的定位方法有两种，其中基于距离的定位算法对设备要求比较高，无法广泛实施。另一种算法虽然对设备要求比较低，但是对环境要求高，只有在理想环境下才能实现高精度定位。综合以上两种算法，提出一种新的算法：一种基于RSSI的DV-HOP加权算法。

关键词：DV-HOP，定位，RSSI，无限传感器网络

1.概括

一、一个无线传感器网络由许多传感器节点组成，这些节点能够传感，计算和无线通信。由于它的功能全面和低消耗的特点，无线传感器网络得到广泛应用。在许多领域里，像国防，军事，环境监测，交通管理，长距离控制危险区域等一系列领域，无线传感器网络已经将其重要性发挥出来。

二、位置信息在无线网络传感器中尤其重要，当一个异常的情况发生时，就需要传感器节点能检测出事件需要节点的位置信息来确定事件发生的位置，并且把相关信息发送给基站。因此，位置信息会嵌入在节点报告信息，WSN能否正常工作完全依赖于位置信息，实际上，节点在自由撒布的时候经常会受到不同因素的破坏（飞机撒布），对于高成本，一般只有很少一部分节点配备全球定位系统（GPS），这部分节点由于带有GPS所以能马上获得位置信息，其他的节点不能获得这类信息，所以如何获得未知节点的位置信息，被称作定位研究，定位研究已经成为WSN的热门研究课题。

三、最近几年出现了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，它们通过全球定位系统或者人为的配置来确定自身的位置，其他未知节点也不知道他们自身的位置信息，已知节点通过估计未知的信息来做到自身定位，当一个未知节点知道三个及以上节点的位置信息，从而就能通过三边测量算法来进行定位，这些算法在理论上来说能得到比较好的结果，然而，其实际效果却没有理论结果那么好，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加权算法，一种RSS与DV-HOP结合的算法来实施未知节点的定位。

2.相关工作

定位算法无论是否需要测量节点间的真实距离总的来说分為两类：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位置信息，根据所获得的信息来获得相关的位置。而基于距离无关的算法是通过用估算距离来代替实际的距离从而达到定位的效果。

距离相关的定位算法：

TOA，TDOA，AOA是几种比较普遍的基于测距的算法。因为需要额外的设备来提供其运算，所以在大规模的传感器应用中成本会非常的高。RSSI是最基础的方法，他可以通过理论或者假设的方式将信号强度转化为定位运算所需要的估计距离，由于它的实施容易而且成本低，所以它应用的最广泛，，在基于RSSI方法里，发送端传送的能量是可以知道的，接受端能够计算接收信号的损耗。

距离无关的算法：

三角形测试中质心估计法，等分法，dv-hop，amorphous等是最常用的基于距离无关的算法，在质心估计法中，锚点在周期间隙把包括位置信息光束发送到邻近，接受节点推断最接近哪一个锚点，节点的位置就是能接受到信号锚点的质心，算法简单，但需要很多锚点，apit是由三个锚点来组成，如果未知节点在三角形内，它的位置就可知，在定位策略中每一个节点进行多次的APT测试，然后使用三角形相交区域的重心作为它的位置，同等法是不带有定位相关帧GPS算法，因为没有锚点存在，每一个节点在得到邻近节点的距离和邻近节点之间的距离后，在它自己的同等区域来建立一个本地相关帧，然后与邻近节点进行通信来扩展本地相关帧。

DV-HOP是由D.NICLLESCU和B.NATH提出来的，锚点产生包括位置信息和初始位为1的标志的数据包，来确定它们的跳数。这些数据包在无线网络传感器中到处都是，当他们经过邻近节点转发，跳数自动加一。在这种方式下，任何的节点都能根据网络传输情况确定跳数。同时锚点能计算来知其他节点的跳数。每跳的平均距离可以由相应的公式来计算，而且它将以广播的形式，使每一个未知节点收到，节点可以根据每跳的平均距离计算出它与已知节点的距离。得到三个或以上距离的时候，节点的位置就可以决定，这种算法结合了RSSI和DV-HOP.

3.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。由于一个未知节点只能通过一条路经得到跳数，所以它需要通过每跳平均距离来计算自身的位置。DV-HOP算法分以下步骤：首先，锚点广播包括位置信息和初始位为1的标志的数据包，当信号传输到另一个节点，跳数自动加一，所以每个节点将可以计算出离锚点的距离，锚点接受到另一锚点的信号后可以计算平均每跳的距离。在计算出平均距离后，锚点将把它广播到其他节点，未知节点得到平均每跳距离后计算出到锚点的距离。

4.总结

定位算法的评价的一个重要标准是位置和精度。根据以前的定位算法，本文提出了rssi和dv-hop结合的方法。在这种新的算法中，离锚节点最近的未知节点采用rssi测量来代替dv-hop算法。使用这种算法可以使误差减少许多。然而任何事物都有两面性。算法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接下来对这门算法所需要研究的问题。

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