劉震宇,王驥猛

(廣東工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院,廣州 510006)

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一種改進(jìn)的基于定向天線的移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法*

劉震宇*,王驥猛

(廣東工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院,廣州 510006)

針對(duì)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位中,由于全向天線信號(hào)受環(huán)境影響而造成定位誤差較大的問(wèn)題,提出了一種改進(jìn)的基于定向天線的移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法(DADLP),使用一個(gè)帶有定向天線的移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)廣播位置信息,未知節(jié)點(diǎn)接收到信號(hào)后,將接收功率平均分為若干等級(jí),縮小定位估計(jì)區(qū)域。仿真結(jié)果表明DADLP算法相對(duì)于Ssu、BLI、GGDI和RROI移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)算法提高了定位精度,并且在非規(guī)則環(huán)境下有更低的平均定位誤差。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò);定位;功率分級(jí);移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn);定向天線

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN(Wireless Sensor Network)由大量的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)組成,是當(dāng)前備受關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域,廣泛應(yīng)用于環(huán)境、軍事、生產(chǎn)安全等領(lǐng)域[1]。傳感器節(jié)點(diǎn)的定位技術(shù)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一,對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō),事件發(fā)生的位置是傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)信息中的重要組成部分,離開(kāi)了位置信息節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)毫無(wú)意義。

目前,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法可以分為兩類:基于測(cè)距(Range-based)的定位算法和非測(cè)距(Rang-free)的定位算法?；跍y(cè)距的定位算法需要獲取傳感器節(jié)點(diǎn)間的距離或角度信息,定位精度高,成本高。非測(cè)距的定位算法不需要直接測(cè)量傳感器節(jié)點(diǎn)間的距離信息或角度信息,定位精度相對(duì)低,對(duì)硬件要求低,低功耗,成本低。出于對(duì)節(jié)點(diǎn)的功耗、傳感器網(wǎng)絡(luò)成本等因素的考慮,和大多數(shù)引用場(chǎng)合對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)定位精度要求不高,所以非測(cè)距定位更適合大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)以及未來(lái)發(fā)展[2]。

近年來(lái),有大量文獻(xiàn)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中使用移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)的定位算法[3-4],傳感器網(wǎng)絡(luò)定位模塊使用天線可以分為兩類:定向天線和全向天線。文獻(xiàn)[5]中Ssu’s算法是一種經(jīng)典定位算法。Ssu提出了一種使用錨節(jié)點(diǎn)基于幾何平分線的定位算法,此算法只需要較少的通信損耗,并且具有較高的定位精度。但是,環(huán)境因素對(duì)此算法的影響較大。

文獻(xiàn)[6]提出了一種使用兩個(gè)移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)的定位算法,一個(gè)作為主定位節(jié)點(diǎn)另一個(gè)作為輔助節(jié)點(diǎn)來(lái)完成定位。但是,由于錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息會(huì)有間隔,所以未知節(jié)點(diǎn)接收到的定位錨節(jié)點(diǎn)和輔助節(jié)點(diǎn)定位信息時(shí)的兩節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)會(huì)與它們的理想坐標(biāo)超前,從而導(dǎo)致未知節(jié)點(diǎn)定位后的估計(jì)坐標(biāo)在水平方向上存在誤差。在文獻(xiàn)[7]中提出了一種基于RSSI的移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)定位算法。但是,此算法錨節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)模型為隨機(jī)軌道模型,無(wú)法確保錨節(jié)點(diǎn)移動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)同一未知節(jié)點(diǎn)多次,造成部分未知節(jié)點(diǎn)無(wú)法完成定位。

文獻(xiàn)[5-7]中提出的定位算法使用全向天線來(lái)發(fā)射信號(hào),但是,全向天線的射頻信號(hào)范圍大,容易受到外界環(huán)境因素的影響,許多算法使用定向天線來(lái)定位節(jié)點(diǎn)[8-9]。

文獻(xiàn)[9]Zhang Baoli提出了3種只使用一個(gè)定向天線來(lái)定位未知節(jié)點(diǎn)的算法BLI、GGDI和RROI。GGDI算法使用定向天線最大增益方向的交點(diǎn)作為未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置,RROI算法使用定向天線的相交區(qū)域來(lái)求解未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo),BLI算法雖然是利用相交區(qū)域最小的兩個(gè)移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)估計(jì)位置,但是誤差較大,誤差在30%～40%之間。

眾所周知,全向天線的輻射能量范圍是360°,這更容易被環(huán)境所影響,從而導(dǎo)致更大的定位誤差。相比之下,定向天線集中能量在一個(gè)較窄的范圍內(nèi),并且具有更高的增益,通過(guò)使用定向天線,一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)可以有選擇的接收只從某些預(yù)期方向上的信號(hào),從而避免大部分方向上的環(huán)境噪聲干擾,達(dá)到提高定位精度的目的。如上述研究中,Ssu提出的定位算法中傳感器節(jié)點(diǎn)使用全向天線來(lái)接收信號(hào),而Zhang Baoli提出定位算法中都是使用定向天線來(lái)完成定位。Ssu所提出算法的定位誤差在40%～65%之間,遠(yuǎn)大于Zhang所提出的定位算法。

雖然使用定向天線在一定程度上能夠避免環(huán)境帶來(lái)的額外誤差,但是現(xiàn)實(shí)中的定線天線主瓣寬度在60°～120°之間,定向天線的定位相交區(qū)域較大。為了減少環(huán)境因素對(duì)定位的影響,本文提出了一種使用定線天線的定位算法,并且為了進(jìn)一步縮小定位相交區(qū)域,引入了功率分級(jí)的思想,以提高定位精度,并進(jìn)行了軟件仿真實(shí)驗(yàn)和真實(shí)試驗(yàn)以驗(yàn)證該算法的定位精度。

1 問(wèn)題分析

1.1 Ssu’s算法原理

Ssu’s算法原理:一條弦的垂直平分線會(huì)經(jīng)過(guò)這條弦所在圓的圓心。當(dāng)一個(gè)圓上有兩條弦時(shí),這兩條弦的垂直平分線的交點(diǎn)就是圓心。Ssu把傳感器節(jié)點(diǎn)的通信范圍當(dāng)作是一個(gè)圓,圓上的兩條弦是錨節(jié)點(diǎn)移動(dòng)路徑,弦的兩個(gè)端點(diǎn)分別為:第1次和未知節(jié)點(diǎn)通信的錨節(jié)點(diǎn)位置Nin;最后一次和未知節(jié)點(diǎn)通信的錨節(jié)點(diǎn)位置Nout。兩條弦的垂直平分線的交點(diǎn)即為未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置。如圖1(a)所示,

圖1 Ssu定位算法

移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)M周期性發(fā)射位置信息,在其移動(dòng)過(guò)程中未知節(jié)點(diǎn)S在其通信圓內(nèi)接收到錨節(jié)點(diǎn)的信息,端點(diǎn)A、B、C和D為錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)入和離開(kāi)未知節(jié)點(diǎn)S的通信范圍時(shí)的錨節(jié)點(diǎn)位置。弦AB和弦CD的垂直平分線交點(diǎn)即為節(jié)點(diǎn)S的估計(jì)坐標(biāo)。

1.2 Ssu’s算法誤差

1.3 BLI算法原理

為了減少環(huán)境對(duì)定位誤差的影響,BLI算法采用定向天線進(jìn)行定位。定向天線能夠集中能量在特定的方向上,并且可以縮小射頻信號(hào)覆蓋范圍。錨節(jié)點(diǎn)在傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng),并且周期性發(fā)送位置信息,當(dāng)未知節(jié)點(diǎn)接收到第1次通信的錨節(jié)點(diǎn)Nin和最后一次通信的錨節(jié)點(diǎn)Nout信息時(shí),BLI算法將兩錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的定向天線輻射邊界線的交點(diǎn)作為未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)坐標(biāo)。

1.4BLI算法誤差

圖2 BLI算法

GGDI算法、RROI算法與BLI算法的定位精度相差±5%左右。GGDI算法使用的是定向天線最大增益交點(diǎn),但是只有一部分未知節(jié)點(diǎn)能夠接收到最大增益信號(hào),所以受錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)間隔影響較大。RROI算法使用Nin和另外一個(gè)錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)(Ni),但是Ni的選擇沒(méi)有一個(gè)固定的條件,所以并不能保證Nin和Ni的相交區(qū)域最小,RROI的誤差相對(duì)BLI高5%。

2 DADLP算法

Zhang在BLI方法中采用Nin和Nout作為定位錨節(jié)點(diǎn),與RROI算法相比縮小了相交區(qū)域,在一定程度上提高了定位精度。但是,假如能夠進(jìn)一步縮小相交區(qū)域,定位精度將會(huì)有所提高。例如,在圖2中BLI算法所確定相交區(qū)域?yàn)镾1、S2、S3、S4所組成的區(qū)域,未知節(jié)點(diǎn)S在相交區(qū)域的任意位置,假如能夠?qū)⑾嘟粎^(qū)域劃分區(qū)域,如圖2中S1、S2、S3、S4所組成的區(qū)域以虛線弧劃分出多個(gè)區(qū)域,并且確定S屬于某一區(qū)域,這樣就可以縮小S可能存在的區(qū)域范圍,減小定位誤差。

為了進(jìn)一步縮小定位區(qū)域,提高定位精度,本文引入功率分級(jí)的思想,提出了一種基于定向天線分級(jí)的移動(dòng)無(wú)線傳感器定位算法(DADLP),將定向天線按照未知節(jié)點(diǎn)接收功率平均分級(jí),選取適當(dāng)?shù)亩ㄎ诲^節(jié)點(diǎn)確定未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。

2.1 接收功率分級(jí)

首先,錨節(jié)點(diǎn)以固定時(shí)間間隔發(fā)射信號(hào),未知節(jié)點(diǎn)接收到的功率會(huì)隨著距離的增加而減小,未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的功率來(lái)判斷處于某一級(jí)處。如圖3所示,βm為定向天線夾角,L1與L2為定向天線的輻射邊界線,k1和k2為L(zhǎng)1、L2的斜率,θ為天線邊界與水平線夾角θ=π/2-βm/2,Ni為錨節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到第i個(gè)位置時(shí)的錨節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。定向天線輻射邊界線計(jì)算公式:

(1)

式中:k1=tan(θ),k2=-k1。例如,未知節(jié)點(diǎn)處于第k和k+1等級(jí)之間,令節(jié)點(diǎn)接收功率為Pr,未知節(jié)點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)距離為d則有:

(2)

式中:Pk+1、Pk分別為k等級(jí)處最小和最大接收功率,Rk、Rk+1分別為k等級(jí)處最小和最大邊界半徑。

圖3 接收功率分級(jí)

但是在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中,由于多徑、陰影等因素的影響,信號(hào)的傳輸范圍通常是不規(guī)則的[11],它的不規(guī)則性可以用不規(guī)則度DOI(DegreeOfIrregular)來(lái)說(shuō)明。若DOI=0,則信號(hào)傳播范圍是一個(gè)規(guī)則形狀,當(dāng)DOI=0.1,信號(hào)的傳輸距離在[0.9R,1.1R]范圍內(nèi)變化,DOI模型下信號(hào)的接收強(qiáng)度表達(dá)式:

PR(d)=PT-PL(d0)-10ηlog10(d/d0)ki

(3)

式中:PR(d)為接收信號(hào)功率,PT為發(fā)送信號(hào)功率,PL(d0)為參考距離d0的路徑損耗功率,η為路徑損耗指數(shù),d為發(fā)送端和接收端的距離,ki為不同傳播方向上的路徑損耗協(xié)同系數(shù),ki計(jì)算公式:

(4)

式中:rand是均勻產(chǎn)生位于[0,1]上的數(shù)值的隨機(jī)函數(shù)。

2.2 錨節(jié)點(diǎn)選取

錨節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)過(guò)程中會(huì)形成許多虛擬錨節(jié)點(diǎn),這些虛擬錨節(jié)點(diǎn)中有些能夠和同一未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。根據(jù)幾何定理:當(dāng)兩個(gè)圓的圓心相距最遠(yuǎn)時(shí),兩個(gè)圓的相交區(qū)域最小。因此當(dāng)兩個(gè)虛擬錨節(jié)點(diǎn)相距最遠(yuǎn)時(shí)相交區(qū)域最小。如圖4所示,在錨節(jié)點(diǎn)移動(dòng)期間能夠和未知節(jié)點(diǎn)S通信的錨節(jié)點(diǎn)位置有若干個(gè),由圖4可以看出NDF和NDL的相交區(qū)域最小。

圖4 定向天線相交區(qū)域

2.3 定位區(qū)域分析和位置估計(jì)

未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收功率的大小,確定其所在等級(jí)n,并且選取NDF(x1,y1)和NDL(x2,y2)定位錨節(jié)點(diǎn),如圖4中NDF和NDL兩錨節(jié)點(diǎn)輻射邊界線有如下幾條:

L1:y-y1=k1(x-x1)

(5)

L2:y-y1=k2(x-x1)

(6)

L3:y-y2=k1(x-x2)

(7)

L4:y-y2=k2(x-x2)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

式中:L1、L2、L3、L4分別為NDF和NDL定向天線的兩輻射邊界線,k1、k2、k3、k4分別為定向天線輻射邊界線在NDF和NDL處的斜率,A5、A6、A7、A8分別為NDF和NDL在分別在等級(jí)為n和n-1的邊界弧,并且A5和A6邊界弧上點(diǎn)的斜率k應(yīng)在k1與k2之間,A7和A8邊界弧上點(diǎn)的斜率k′在k3與k4之間。取邊界線相交區(qū)域的質(zhì)心作為節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置。質(zhì)心計(jì)算公式如下:

(13)

式中:m為相交區(qū)域頂點(diǎn)個(gè)數(shù)。

2.4 復(fù)雜度分析

DADLP算法在計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)估計(jì)位置的計(jì)算開(kāi)銷共有3種:①直線與直線相交O(1);②直線與圓相交O(2);③圓與圓相交O(3)。其中O(1)需要乘法、加法、減法各2次,O(2)需要10次乘法,加法和減法各4次,O(3)需要18次乘法,加法和減法各6次。由定位區(qū)域可知,計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置存在兩種情況:1,處于一個(gè)直線與直線交點(diǎn),兩個(gè)直線與圓交點(diǎn)和一個(gè)圓與圓交點(diǎn)所組成區(qū)域;2,處于兩個(gè)圓與圓交點(diǎn)和4個(gè)直線與圓交點(diǎn)所組成區(qū)域;則有未知節(jié)點(diǎn)計(jì)算開(kāi)銷公式如下:

(14)

O(m)為總的計(jì)算開(kāi)銷,未知節(jié)點(diǎn)i處于n級(jí),N為接收功率分級(jí),θ為定向天線邊界線與水平方向夾角,定位錨節(jié)點(diǎn)Nin和Nout距離為d。假如d>d0,則a=1、b=2、c=1。否則,a=0、b=4、c=2。d0計(jì)算公式如下:

(15)

3 仿真及試驗(yàn)

3.1 仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境

錨節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)有許多模型[12-13]如:隨機(jī)方向模型、隨機(jī)路徑模型,短距離移動(dòng)模型等。在文獻(xiàn)[9]中BLI算法采用短距離移動(dòng)路徑模型如圖5(a)所示。但是,錨節(jié)點(diǎn)移動(dòng)路徑在未知節(jié)點(diǎn)通信圓上形成的弦都是平行的,Ssu算法是使用兩條弦的垂直平分線的交點(diǎn)作為估計(jì)坐標(biāo)的,定位所用的兩條弦平行可能會(huì)造成弦的交點(diǎn)不存在,許多未知節(jié)點(diǎn)不能完成定位,造成定位誤差偏大,比較結(jié)果有失公平。

圖5 移動(dòng)路徑

為了盡量減小弦平行所帶來(lái)的誤差,DADLP算法、Ssu算法、BLI算法、GGDI算法和RROI算法都采用如圖5(b)所示移動(dòng)路徑。Ssu算法選取不平行的兩條弦,如圖5(b)中一條水平的弦和一條斜方向的弦來(lái)定位未知節(jié)點(diǎn)。這樣,DADLP、GGDI、RROI和BLI算法不受路線影響,并且Ssu算法不會(huì)因?yàn)槁肪€造成額外的誤差。

為了驗(yàn)證所提出算法的性能,采用MATLAB為仿真平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn),并選取100×100 m2的二維平面區(qū)域作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位區(qū)域,100個(gè)未知節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在傳感網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)通信半徑R,節(jié)點(diǎn)通信模型使用DOI模型,使用單個(gè)裝備有定向天線的移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)按照移動(dòng)路徑移動(dòng),錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)時(shí)間間隔為t,n為定向天線功率級(jí)數(shù)。定位精度用平均定位誤差er來(lái)衡量:

(16)

3.2 不同等級(jí)下定位誤差

在規(guī)則模型下,錨節(jié)點(diǎn)以固定速度移動(dòng),信號(hào)發(fā)送間隔t=0.1/s環(huán)境下,當(dāng)n在[2,16]之間時(shí),R=10 m、15 m、20 m、25 m時(shí)定位誤差如圖6所示。從圖6可以看出隨著定向天線功率等級(jí)增大,定位誤差呈下降趨勢(shì)。隨著通信半徑的增大,定位誤差呈明顯增大趨勢(shì)。這是因?yàn)楫?dāng)通信半徑相同時(shí),等級(jí)越大定向天線每一級(jí)所占的環(huán)形區(qū)域就越小,因此NDF和NDL坐標(biāo)處的定向天線的相交區(qū)域就越小。同樣,在等級(jí)相同時(shí),半徑較小所以相交區(qū)域也較小,因此取相交區(qū)域的質(zhì)心就越接近未知節(jié)點(diǎn)的真實(shí)坐標(biāo)。

圖6 不同功率等級(jí)下的定位誤差

3.3 不同時(shí)間間隔下定位誤差

DADLP與其他4種算法在錨節(jié)點(diǎn)以相同固定速度下移動(dòng),DOI=0,信號(hào)發(fā)送間隔t在[0,1]之間的誤差比較。如圖7所示,DADLP算法與其他4種算法相比定位精度高。Ssu的算法的定位誤差受發(fā)送信號(hào)間隔影響較大,這是由于噪聲環(huán)境中錨節(jié)點(diǎn)的發(fā)送信號(hào)間隔時(shí)間越長(zhǎng)所產(chǎn)生的虛擬錨節(jié)點(diǎn)越少,所以Nin和Nout坐標(biāo)與理論上確定弦的兩個(gè)端點(diǎn)位置誤差較大。未知節(jié)點(diǎn)能夠接收到定向天線最大增益處信號(hào)的只有一部分,所以GGDI算法定位精度有限。RROI算法定向天線的相交區(qū)域較大,所以定位誤差大。BLI算法使用定向天線的交點(diǎn)作為未知節(jié)點(diǎn)估計(jì)位置,使用一個(gè)輻射邊界線交點(diǎn)來(lái)代替整個(gè)相交區(qū)域,誤差在30%～40%。

圖7 不同發(fā)射間隔下定位誤差

3.4 不同DOI下定位誤差

由于多徑噪聲等的影響,不規(guī)則度通常是變化的。如圖8所示是5種算法分別在不同DOI環(huán)境下對(duì)定位誤差的影響。由圖8可知隨著DOI的值的增大,5種算法的定位誤差都在一定程度上增大,DADLP算法定位誤差遠(yuǎn)小于其他幾種算法,定位誤差相差至少1.1 m。

圖8 不同DOI下的定位誤差

3.5 模擬試驗(yàn)

為了驗(yàn)證DADLP算法在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的性能,現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)以評(píng)估DADLP定位算法性能。由于DADLP算法采用的是移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)是裝備在機(jī)器人身上的,所以試驗(yàn)采用ESP8266WIFI模塊,發(fā)射功率采用802.11b模式下16 dBm的輸出功率,如圖9所示兩個(gè)WIFI模塊相隔10 m放在地面上,WIFI模塊1固定發(fā)射信號(hào)WIFI模塊2接收信號(hào),試驗(yàn)20次后得到不同距離下的平均接收功率如表1所示。

圖9 真實(shí)試驗(yàn)

距離/m接收功率/dBm距離/m接收功率/dBm0．625-471．5-511．875-552．5-603．125-643．75-694．375-735-755．625-796．25-816．875-847．5-868．125-888．75-929．375-9510-99

圖10 不同發(fā)射間隔下的定位誤差

算法試驗(yàn)分為兩個(gè)階段,第1階段是接收功率的采集階段,未知節(jié)點(diǎn)周期性地采集接收功率。第2階段是利用DADLP定位算法對(duì)未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。試驗(yàn)在通信半徑為10 m,不同信號(hào)發(fā)送間隔t下的定位誤差如圖10所示。不同半徑下的定位誤差如圖11所示。隨著半徑的增大在相同功率等級(jí)下DADLP算法定位誤差逐漸減小,并且在相同等級(jí)下半徑越小,定位精度越高,試驗(yàn)結(jié)果與理論分析結(jié)果相符。

圖11 不同半徑下的定位誤差

4 結(jié)論

DADLP算法使用一個(gè)移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)周期性發(fā)射定位信息,將接受功率分級(jí),根據(jù)未知節(jié)點(diǎn)接收功率確定其所處等級(jí),進(jìn)一步縮小定位錨節(jié)點(diǎn)的相交區(qū)域,從而確定未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。DADLP算法與Ssu的算法、GGDI算法、RROI算法和BLI算法進(jìn)行比較,仿真結(jié)果表明在規(guī)則和非規(guī)則模型下,定位誤差都低于其他幾種算法,DADLP算法具有更好的定位效果。

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劉震宇(1976-),男,博士,廣東工業(yè)大學(xué)副研究員.研究領(lǐng)域數(shù)字信號(hào)處理、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和通信網(wǎng)安全處理,zhenyuliu@gdut.edu.cn;

王驥猛(1990-),男,碩士研究生.研究方向?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位,a19880830@qq.com。

An Improved Localization Algorithm for Mobile Sensor Network Using Directional Antenna*

LIUZhenyu*,WANGJimeng

(School of Information Engineering,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China)

To solve the signal from an omni-directional antenna of mobile wireless sensor networks is affected by environment noise caused a big localization error problem,an improved localization algorithm(DADLP)using a mobile anchor node equipped with a direction antenna was proposed. The received power of sensor node is divided into several levels to reduce the estimated area and improve the localization accuracy. The simulation results show that DADLP has higher accuracy and lower average localization error than Ssu’s algorithm,BLI algorithm,GGDI algorithm and RROI algorithm in irregular environment.

wireless sensor networks;localization;different level of power;mobile anchor node;direction antenna

項(xiàng)目來(lái)源:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61401106);廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目科學(xué)研究專項(xiàng)(2014J4100206)

2016-07-17 修改日期:2016-11-21

TP393

A

1004-1699(2017)03-0456-07

C:7230

10.3969/j.issn.1004-1699.2017.03.020