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摘 要

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）由于它的很多优点，比如：组网速度快、价格较低等在各行业受到广泛关注。但是在很多情况下，只有包含位置信息的数据才有其实际意义，因而节点定位以及如何提高节点的定位精度在WSN实际应用中具有举足轻重的地位。

本课题首先研究了DV-Hop算法，通过对每个锚节点的数据，如位置、通信范围等做出改变并进行仿真分析，以此来比较算法的优劣，本文算法使用的评价标准是所有节点总体的平均偏移和每个节点的定位偏移。

探讨本课题时，通过改变锚节点的分布地点、通信范围等因素，对同样一个区域内，所有相对位置不变的待测节点进行定位，对总体定位偏移的影响是不同的。其次，根据每个节点的定位误差，可以得到定位误差最小的节点，移动锚节点再利用锚节点的位置关系，使之误差降低，成为新的锚节点。最后，通过进一步研究DV-Hop中对于跳数的优化，从而使锚节点的使用效率最大化。通过仿真可以发现，经过以上各种方法的改进后，对于缩小待测节点在定位时产生的误差有很明显的作用。

关键词：WSN DV-Hop 节点定位 锚节点升级 跳数优化

Research on WSN Node Location Algorithm Based on Moving Anchor Node

Abstract

Wireless sensor network (WSN) because of its rapid networking, multi-hop routing, low price and other advantages in the industry has been widespread concern. However, in many cases, only the data containing the location information has its practical significance, so the node location and how to improve the positioning accuracy of the node in WSN practical application has a pivotal position.

In this paper, based on the DV-Hop algorithm, the effect of the algorithm is analyzed by analyzing the positioning error of each unknown node and the overall mean positioning error when the node parameters are different. In this paper, the effect of the anchor node parameters on the location of the unknown nodes is different.

In this paper, the unknown nodes in the same distribution area have different influence on the positioning accuracy of unknown nodes in different positions such as different anchor nodes and different communication radii. Secondly, we use the existing high-precision unknown nodes to upgrade them to the new anchor nodes to study the optimal number of anchor nodes. Finally, by further studying the optimization of hops in DV-Hop, the efficiency of the anchor nodes is maximized. The simulation results show that the improvement of the positioning error of the unknown node has been improved obviously.

Key Words: WSN; DV-Hop; Node location; Anchor node upgrade; Hop optimization

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外无线传感器定位研究现状 1

1.3 论文主要内容以及组织框架 3

1.3.1 论文内容 3

1.3.2 论文结构 3

第二章 无线传感器网络节点定位算法概述 5

2.1 基于测距的WSN节点定位算法 5

2.1.1 三边测量法 5

2.1.2极大似然测量法 5

2.1.3 其余基于测距的测量方法介绍 6

2.2 基于非测距的WSN节点定位算法 7

2.2.1 基于距离矢量计算跳数算法（DV-Hop） 7

2.2.2 质心算法 8

2.3 本章小结 8

第三章 节点位置对节点定位精度的影响 9

3.1分析基础 9

3.1.1 MATLAB简介 9

3.1.2 研究场景基础 9

3.2 锚节点位置对节点定位精度的影响 11

3.2.1 三个锚节点时对未知节点定位精度的影响 11

3.2.2四个锚节点时对未知节点定位精度的影响 14

3.3 改善锚节点位置 14

3.4 本章小结 17

第四章 算法改进 18

4.1 锚节点升级以及锚节点最佳个数选择 18

4.1.1 锚节点升级 18

4.1.2 锚节点最佳个数选择 22

4.2 节点通信半径最佳选择 23

4.3 DV-Hop跳数优化 25

4.4 本章小结 27

第五章 总结与展望 28

5.1 论文总结 28

5.2 展望 28

参考文献 30

致谢 33

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）拥有很多数量庞大的各类传感器节点，它们通过自身相互协调构成网络。WSN中的传感器应用非常广泛，可以检测周边多种多样的环境^[1-3]。

与传统网络不同，WSN无需构建中心站，且对环境适应性好等特点使其被广泛的应用于各类环境中。节点之间可以通过互相通信将各自得到的数据发送给使用者，随着学者们长期的不断研究，WSN的运用场合也越来越多^[4-5]。而由于应用环境复杂，不同环境对WSN的节点精确度要求也不尽相同，而一些特殊场合，如地震灾害、应急救援、车辆跟踪、煤矿安全等更是需要节点定位实时性好且精确度高。而这些场景中的WSN节点往往分布杂乱且无人看守，为WSN的研究带来了新的挑战^[6-7]。

对于WSN在生活、工作上的应用，报告事件或者故障等的具体地点是WSN的一项重要工作，同时，数据的准确性也涉及到后续进程的展开，提高报告的数据的准确性也是WSN的一项重要任务^[8]。

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