基于改進(jìn)的粒子群算法的dv-oh算法研究

基于改進(jìn)的粒子群算法的dv-oh算法研究

0rang-標(biāo)準(zhǔn)algorithm和值得測距的算法無線傳感器定位算法通常分為兩種類型：基于測距算法的算法和基于測距算法的算法（range-grace）。1德維算法原理及誤差分析DV-Hop算法定位過程包括以下階段1.1保留跳數(shù)，發(fā)跳數(shù)錨節(jié)點(diǎn)首先向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播包含自身位置、ID號和跳數(shù)值為0的信息，鄰居節(jié)點(diǎn)第一次收到該信息后，保留該信息，并將跳數(shù)加1發(fā)送到它的鄰居節(jié)點(diǎn)。對于收到同一個錨節(jié)點(diǎn)發(fā)來的信息，以最小原則更新本地跳數(shù)值。該階段完成后，監(jiān)測區(qū)域中所有節(jié)點(diǎn)都已知道錨節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)及到錨節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)。1.2計算節(jié)點(diǎn)的平均跳轉(zhuǎn)距離每一個錨節(jié)點(diǎn)通過式（1）計算自身的平均跳距。式中：(x1.3平均跳距的確定未知節(jié)點(diǎn)采用距離本身最近的錨節(jié)點(diǎn)的平均跳距作為自己的平均跳距。未知節(jié)點(diǎn)k到錨節(jié)點(diǎn)i的估算距離記為d式中：HopSize把式（3）寫成AX=B的形式，A,B和X的具體值如下：解之可得：1.4未對錨節(jié)點(diǎn)間的跳數(shù)對比1）曲線代直線和通信范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)跳數(shù)均視為1跳。在傳統(tǒng)DV-Hop算法中，錨節(jié)點(diǎn)的平均跳距是根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)際距離與兩者之間跳數(shù)的比值求得，監(jiān)測區(qū)域中的錨節(jié)點(diǎn)是隨機(jī)分布的，路徑不可能都是直線，錨節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)越多，計算得到的平均跳距誤差越大。在計算跳數(shù)時，通信范圍內(nèi)的跳數(shù)均視為1跳。錨節(jié)點(diǎn)B和C都在錨節(jié)點(diǎn)A的通信范圍內(nèi)，傳統(tǒng)DV-Hop算法都按照1跳距離計算A與B,A與C之間的跳數(shù)。但實(shí)際上錨節(jié)點(diǎn)B和C到錨節(jié)點(diǎn)A的跳數(shù)存在誤差，如圖1所示。2）未知節(jié)點(diǎn)僅僅采用單一錨節(jié)點(diǎn)的平均跳距。在傳統(tǒng)DV-Hop算法里，未知節(jié)點(diǎn)采用距離自身最近的錨節(jié)點(diǎn)的跳距作為平均跳距，求得兩者之間的距離，但是監(jiān)測區(qū)域里的節(jié)點(diǎn)是隨機(jī)分布的，距離未知節(jié)點(diǎn)最近的錨節(jié)點(diǎn)不能反映其他錨節(jié)點(diǎn)的分布情況。2改進(jìn)的dv-匹配算法2.1用信度較高的錨節(jié)點(diǎn)針對1.4節(jié)1）中誤差的原因，在計算錨節(jié)點(diǎn)平均跳距時選用可信度較高的錨節(jié)點(diǎn)，即選用共線度較高的錨節(jié)點(diǎn)。式中：δ為理想平均跳距；d采用文獻(xiàn)修正后，錨節(jié)點(diǎn)間的跳數(shù)計算公式為：因此，求解錨節(jié)點(diǎn)的平均跳距改為：2.2未知節(jié)點(diǎn)平均跳距的確定針對1.4節(jié)2）中存在的問題，區(qū)別于傳統(tǒng)DV-Hop算法，采用滿足定位條件的錨節(jié)點(diǎn)的平均跳距誤差為權(quán)重，綜合求得未知節(jié)點(diǎn)的平均跳距。式中error式中：h＿error錨節(jié)點(diǎn)i的權(quán)重為：結(jié)合式（16），未知節(jié)點(diǎn)k的平均跳距為：2.3采用粒子群算法優(yōu)化未知節(jié)點(diǎn)的位置2.3.1顆粒群算法的原理粒子群優(yōu)化算法式中：V2.3.2初始位置函數(shù)1）初始化粒子速度、位置和數(shù)目，算法在初始階段，粒子的初始位置就是全局最優(yōu)位置。2）計算每個粒子的適應(yīng)度函數(shù)：3）粒子與適應(yīng)度函數(shù)作比較，并通過式（18）和式（19）更新自身速度和位置。4）當(dāng)達(dá)到最大迭代次數(shù)后，算法結(jié)束。3節(jié)點(diǎn)通信半徑對節(jié)點(diǎn)定位誤差影響采用MatlabR2015b仿真平臺對本文改進(jìn)的算法進(jìn)行仿真，并與傳統(tǒng)DV-Hop算法和DV-Hop+PSO算法進(jìn)行對比。實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置如下：仿真區(qū)域大小為100m×100m，隨機(jī)放置100個傳感節(jié)點(diǎn)，其中錨節(jié)點(diǎn)的比例為8%，傳感節(jié)點(diǎn)的通信半徑為R=30m。采用節(jié)點(diǎn)平均定位誤差error式中：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布如圖2所示，其中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)為100，錨節(jié)點(diǎn)數(shù)為8。圖3表示錨節(jié)點(diǎn)數(shù)為8，節(jié)點(diǎn)傳輸半徑為30m時，本文改進(jìn)的DV-Hop算法、傳統(tǒng)DV-Hop算法和DV-Hop+PSO算法的節(jié)點(diǎn)定位誤差，從圖3中仿真結(jié)果看出，本文改進(jìn)的算法定位誤差相對較低。1）不同錨節(jié)點(diǎn)數(shù)對定位的影響圖4表示錨節(jié)點(diǎn)數(shù)對節(jié)點(diǎn)平均定位誤差的影響，設(shè)置節(jié)點(diǎn)總數(shù)為100，節(jié)點(diǎn)傳輸半徑為30m，錨節(jié)點(diǎn)數(shù)依次取10,15,20,25,30時對平均定位誤差的影響。從仿真結(jié)果圖中可以看出，隨著錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，節(jié)點(diǎn)的平均定位誤差在減小，定位精度在提高，說明增加錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量，能夠提高定位精度，也揭示了該算法依賴錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位的本質(zhì)。2）不同通信半徑對定位的影響圖5表示在節(jié)點(diǎn)總數(shù)為100，錨節(jié)點(diǎn)數(shù)為10時，通信半徑大小對節(jié)點(diǎn)定位的影響。從仿真結(jié)果看出，隨著節(jié)點(diǎn)通信半徑的增加，平均定位誤差在逐步減少，定位精度在提高。說明通信半徑影響著節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)，如果通信半徑設(shè)置的過小，導(dǎo)致很多節(jié)點(diǎn)之間無法通信，進(jìn)而無法完成定位工作；反之，則導(dǎo)致定位誤差增大。4改進(jìn)的dv-hop算法針對傳統(tǒng)DV-Hop算法的不