论文研究-基于网格划分的递增式定位算法.pdf

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针对现有无线传感器网络中递增式定位算法累积误差较大、基于移动锚节点的定位能耗较高和全网定位速度较慢的问题,提出一种基于网格划分的递增式定位算法(ILBM)。算法将大规模无线传感器网络划分为若干个独立的网格,在每个网络中对移动锚节点进行路径规划,将部分已定位节点转换为静态参考节点,根据累积误差需求进行优化递增式定位。通过仿真,验证了本算法能够有效地解决累积误差和能耗问题,提高全网定位的效率。
第2期 何小敏,等:基于网格划分的递增式定位算法 ·689 边长为r,在第一个圆上六个静态参考节点的作用下,这个圆布100个未知节点,取整个网络为正方形,边长分别为80320 中的节点已获得自身位置,选取靠近多边形顶点的巳定位节点560、800、1040、1280、1520m,代入ⅡLBG算法和MBAL算法进行 转换为第二批静态参考节点。 仿真。运用IBM算法时,每个网格中的定位过程相同,产生的 d)同理,在每个网格中依次做同心圆和内接多边形,多边累积误差大致相等,所以全网的累积误差基本等于单个网格内 形的边长为r,圆的半径依次为r,2r,…,m,分别选取每个内接产生的累积误差。由仿直结果图6可以看出:对于BM算法 多边形顶点附近的已定位节点转换为下一批的静态参考节点。网络的规模对累积误差影响很小,累积误差值基本是一个定值, e)通过上述步骤,递增产生静态参考节点的定位能力能中的累积误差稳定在4m左右;而MBAL算法产生的累积误 够覆盖整个网格,使网格中的未知节点都能够计算岀自己的位差会随着阏络规模的增大而增加,用于规模小的络时,产生的 置,基本不会出现定位肓区。仿真表明,递增定位4次,能够满误差较小,如果用在规模大的风络中,累积误差很大。 足Emm(n)≤4m,即L≤4r。 10, 由丁以上叙述的静态参考节点的选取方法比较局限,下 步研究工作准备提出优化递增式定位算法的静态参考节点选 40 平30 取模型,简化ⅢBM算法的流程,进一步提高定位的效率。 3算法仿真 160240320400480560 032056080010401281520 网格边长L/m 网格边长Lm 通过 OMNET++仿真软件分别对本文提出的IBM算法 图5算法运行间的对比 图6累积误差对比 与MBAL算法进行仿真和验证,分析IBM算法的性能,包括 网格划分数量和精度需求之间的关系,以及全网定位的速度和4结束语 累积误差的大小。 IBM算法为了提高全网定位的效率、减小累积误差,将大 3.1不同精度需求对应的网格划分情况 规模无线传感器网络划分为独立定位的小网格,并且对移动锚 仿真场景:取网格为正方形,边长L取值为r,2r,…,7r,对节点进行了路径规划,使其移动的路径短且定位效率高。通过 应的网络区域大小为20m×20m,40m×40m,…,140m×140选择部分已定位节点转换为静念参考节点,算法对传统的递增 m,节点在网络中随机均匀分布。加入ⅡBM算汏的未知节点式定位进行优化,不会增加硬件开销,仅增加少量的通信开销。 的通信半径为20m,移动铺节点通信半径为40m。将全网划从仿真结果可以看出,与MBAL算法相比,IBM算法可以达到 分为格之后,网格独立地进行定位,单个网格的精度近似等提高全网定位的速度、稳定累积误差的效果。 于全网的定位精度。因此,这里对单个网格进行误差分析来确参考文献 定恻格划分的大小,从而求解出网格划分的数量。仿真结果如 [1 PATW ARI N, ASH J. Locating the nodes: cooperative localization in 图4所示,横轴为通信半径r的倍数,当网格的边长L∈(r,4r) wireless sensor networks[ J]. IEEE Signal Processing Magazine 时,累积误差在4m以下;当1(4r,5r)时,累积误差接近4 2005,22(4):54-69 m;当大于5时,累积误差在4m以上,并随着L的增大而增2]王殊,阁毓杰,朝富=,等,无线传感器网络的理论及应用[M]北 大。根据本文规定的累积误差Fm(n)≤4m,其他对本算法的 京:北京航空航天大学出版社,2007 仿真均取L=4,即网格边长为80m。如果定位需要的精度不[3]KMk,LEW.MBAL: a mobile beacon -assisted localization scheme 高,可以将网格划分得更大,使定位的快速性进一步提高。 for wireless sensor network C1//Proc of the 16th International Con ference on Computer Communications and Networks. 2007: 57-62 6 [4]石为人,進志广,许磊.一种用于室内人员定位的 定位算法 「J.计算机工程与应用,2010,46(17):232-235 哪3 [5 VANINIG A. A RSSI-based and calibrated centralized localization 品 rks C// Proc of the 4th Annual IEEE International Conference on Pervasive Computing and Commun cations Workshops. [S1.]:IEEE, 2006: 301-305 网格边长L(r的倍数) [6]熊志广,石为人,许磊,等,基于加权处理的三边定位算法[J].计 图3递增式定位图4网格大小和累积误差的关系 算机工程与应用,2010,46(22):99-102 [7 SHI Wei-ren, XU Lei, XU Yang-sheng. Localization algorithm with 3.2全网定位的速度 bile anchor in static wireless sensor netwark[ J]. Chinese Journal 仿直场景:网格的大小为80m×80m,每个网格中随机分 of Scientific Instrument, 2007, 28(3): 385-393 布100个未知节点,分别取全网的边长为80、160、,240、320、[8] RUDAFSHANI M, DATTA S. Localization in wireless sensor networks 400480、560m,代入ILBG算法和MBAL算法进行仿真,对定 I C//Proc of Information Processing in Sensor Networks. 2007: 51 位仿真运行时问进行对比分析。出仿真结果图5可以看出:网 「91许磊,石为人.一种无线传感器网络分步求精节点定位算法「J1 络规模较小时,两种算法消耗的时间相差不大,并且MBAL算 仪器仪表学投,2008,29(2):314-319 法定位的速度比ⅡBM算法快;网络规模较大时,ILBM算法定「101王福豹,史龙,任丰原.无线传感器网络巾的自身定位系统和算法 位的速度优于MBAL算法,随着网络的增大,优势体现的越来 [冂].软件学报,2005,16(5):857-868 越明显 [11 SARANGI S, KAR S. Performace analysis of an improved graded precision localization algorithm for wireless sensor networks[ J].Inter 3.3全网定位时产生的累积误差 national Journal of Computer Networks communication 仿真场景:网格的大小为80m×80m,每个网格中随机分 2010,2(4):150-159

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