申请/专利权人：昆明理工大学;云南枭润科技服务有限公司

申请日：2021-07-01

公开（公告）日：2023-10-17

公开（公告）号：CN113490172B

主分类号：H04W4/38

分类号：H04W4/38;H04W64/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.10.17#授权;2021.10.26#实质审查的生效;2021.10.08#公开

摘要：本发明涉及一种基于正余弦优化与跳段优化的DV‑Hop定位算法，属于无线传感器网络节点定位领域。本发明首先定义最优化锚节点的概念，选取每个未知节点周围所有锚节点中平均跳距最小的锚节点作为最优化锚节点，然后选取其余任一锚节点与未知节点构成三角形，将最优化锚节点到未知节点的边作为三角形中的最优化边；其次利用余弦定理计算其余锚节点到未知节点的距离达到优化跳距的目的；最后利用正余弦优化算法SCA改进最小二乘法，利用正余弦函数的波动性寻找未知节点的最优位置。本发明在降低定位成本的同时还可以提高定位精度、拓广应用范围。

主权项：1.一种基于正余弦优化与跳段优化的DV-Hop定位算法，其特征在于：首先定义最优化锚节点的概念，选取每个未知节点周围所有锚节点中平均跳距最小的锚节点作为最优化锚节点，然后选取其余任一锚节点与未知节点构成三角形，将最优化锚节点到未知节点的边作为三角形中的最优化边；其次利用余弦定理计算其余锚节点到未知节点的距离达到优化跳距的目的；最后利用正余弦优化算法SCA改进最小二乘法，利用正余弦函数的波动性寻找未知节点的最优位置；具体步骤为：Step1：在n×m的矩形空间中随机投放S个无线传感器网络节点，其中包含已知锚节点和未知节点，各锚节点向通信半径的范围内广播数据包，数据包包括锚节点ID、跳数、自身坐标，初始值设置为0，邻居节点接收数据包后同样执行此操作；Step2：各参与广播通信过程的网络节点仅保留距其它节点跳数值最小的数据包，通过各节点路由向量表可以查得参与通信过程的节点间最小跳数值： 式中，i＝1,2，…,j,…,n；Step3：通过下式得到每个锚节点的平均跳距，再将跳数与平均跳距二者相乘得到跳段值； 式中，xi,xj是i,j锚节点对应的x坐标，yi,yj是i,j锚节点的y坐标，是所有锚节点i和ji≠j之间的跳数总和；Step4：找出每个未知节点周围具有最小跳距的锚节点作为最优化锚节点，以及最优化边；最优化锚节点、未知节点、其余任一锚节点构成三角形，利用余弦定理修正任一锚节点与未知节点的边，修正跳段；Step5：利用正余弦优化算法SCA代替最小二乘法，寻找最优解；Step6：通过未知节点的估计坐标值x，y与所有未知节点的初始坐标值xi，yi得到所有未知节点的平均定位精度： 式中，Error_accuracy是节点平均定位精度的衡量表示，x，y表示未知节点，xi，yi表示未知节点的真实坐标，n表示节点总数；所述Step4中余弦定理修正具体为：首先在未知节点与其他节点跳数MA1,A1A2,MA2各边跳数已知的情况下，使用三边的跳数信息近似代替距离信息，得到角度θ1： Hop1是最优化锚节点和未知节点的跳数，Hop2是最优化锚节点和其余锚节点中任意一个锚节点的跳数，Hop3是未知节点和其余锚节点中任意一个锚节点的跳数；锚节点A2、A3之间的距离通过平方差公式得到dA2A3，使用最优化锚节点的最短跳距乘以M到A2的跳数得到dMA2，再利用上式得到的θ1计算出dMA3：dMA2≈Hop1×HopDistanceA2 HopDistanceA2是平均跳距，当三角形的三条边构不成三角形时，即Hop1+Hop2≤Hop3或|Hop1-Hop2|≥Hop3时，选择最优化锚节点的平均跳距与未知节点和其余锚节点的跳数做乘积，采用下式计算：dMA3≈Hop1×HopDistanceA3。

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