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APIT定位方法

发布时间:2012/3/31 20:36:10 访问次数:6667

    近似三角形内点测试法( APIT,Approximate Point-in-triangulation Test)是一种无需测距的定位技术,它包括4个步骤。
    第一步:收集信息。未知节点收集 PRN10016N2001J周围临近信标节点的位置、标识号、接收信号强度等信息,邻居节点之间交换并共享各自接收到的信标节点的信息。
    第二步:PIT测试。未知节点收集到的信标节点组合成不同的三角形,假设信标节点有甩个,则可以组合成C个不同的三角形,测试该未知节点是否在三角形内部,直到穷尽所有三角形或者达到预定的定位精度为止。将所有的包含未知节点的三角形存储在Inside
集合中。
    第三步:计算重叠区域。计算Inside集合中所有三角形的重叠区域,该区域为一个多边形。
    第四步:计算未知节点的位置。计算重叠区域的质心坐标作为未知节点的坐标。
    APIT定位原理举例如图4-12所示。
    接下来重点介绍PIT测试原理,如图4-13所示,存在一个方向,当节点M沿着这个方向移动时,如果它同时远离或者接近节点A、B、C时,则节点M在三角形ABC的外部,否则节点M在三角形ABC的内部。

                                              

                                

    但是无线传感器网络节点是静止的,在这种情况下如何辨别节点M是靠近还是远离某一信标节点。为了模拟节点的移动,利用节点的接收信号强度来进行测试,通常未知节点离信标节点越远,它的接收信号强度越弱,节点M通过与邻居节点交换信息并对比接收信号强度值,从而可以判断是靠近还是远离某一信标节点。
    为了穷尽所有可能的方向测试节点M会同时靠近或者远离3个信标节点,提出近似三角形内点测试法:节点M的所有邻居节点相对于节点M均没有同时远离或者靠近3个信标节点A、B和C,那么节点M在三角形ABC内部,否则芾点M在三角形ABC外部。
    近似三角形内点测试法PIT测试的准确性与网络场景和网络节点密度有关,如图4-14(a)所示,在这种场景中,节点M没有任何邻居节点同时靠近或者或者远离信标节点A、B、C,因此节点M在三角形ABC内部,反之在外部。但是在一些场景中按照此规则测试会出现错误,如图4-14 (b)所示第一种情况,根据规则节点M存在一个邻居3号节点同时远离信标节点A、B、C,因此判断结果应该在三角形ABC外部,但是这是与实际场景不相符的。这种情况是由于节点M太靠近边界引起的,同样在场景2中由于邻居节点的无规则放置会出现在三角形外部判断成在三角形内部的出错情况。幸运的是,通过实验测试结果观察,出错的情况相对较小,最坏情况下为14%,当增加网络节点密度时,未知节点可以测出更多的方向,这会减少将外部判断成内部的出错情况,但是相应地会增加将内部判断成外部出错情况。

                    
    在网络无线信号传播模式不规则和传感器节点随机部署的情况下,APIT算法的定位精度高,性能稳定,但是APIT测试需要较高的网络连通性,通常连通度大于6。相对于质心算法而言,APIT定位算法对信标节点密度要求低,定位精度高。


    近似三角形内点测试法( APIT,Approximate Point-in-triangulation Test)是一种无需测距的定位技术,它包括4个步骤。
    第一步:收集信息。未知节点收集 PRN10016N2001J周围临近信标节点的位置、标识号、接收信号强度等信息,邻居节点之间交换并共享各自接收到的信标节点的信息。
    第二步:PIT测试。未知节点收集到的信标节点组合成不同的三角形,假设信标节点有甩个,则可以组合成C个不同的三角形,测试该未知节点是否在三角形内部,直到穷尽所有三角形或者达到预定的定位精度为止。将所有的包含未知节点的三角形存储在Inside
集合中。
    第三步:计算重叠区域。计算Inside集合中所有三角形的重叠区域,该区域为一个多边形。
    第四步:计算未知节点的位置。计算重叠区域的质心坐标作为未知节点的坐标。
    APIT定位原理举例如图4-12所示。
    接下来重点介绍PIT测试原理,如图4-13所示,存在一个方向,当节点M沿着这个方向移动时,如果它同时远离或者接近节点A、B、C时,则节点M在三角形ABC的外部,否则节点M在三角形ABC的内部。

                                              

                                

    但是无线传感器网络节点是静止的,在这种情况下如何辨别节点M是靠近还是远离某一信标节点。为了模拟节点的移动,利用节点的接收信号强度来进行测试,通常未知节点离信标节点越远,它的接收信号强度越弱,节点M通过与邻居节点交换信息并对比接收信号强度值,从而可以判断是靠近还是远离某一信标节点。
    为了穷尽所有可能的方向测试节点M会同时靠近或者远离3个信标节点,提出近似三角形内点测试法:节点M的所有邻居节点相对于节点M均没有同时远离或者靠近3个信标节点A、B和C,那么节点M在三角形ABC内部,否则芾点M在三角形ABC外部。
    近似三角形内点测试法PIT测试的准确性与网络场景和网络节点密度有关,如图4-14(a)所示,在这种场景中,节点M没有任何邻居节点同时靠近或者或者远离信标节点A、B、C,因此节点M在三角形ABC内部,反之在外部。但是在一些场景中按照此规则测试会出现错误,如图4-14 (b)所示第一种情况,根据规则节点M存在一个邻居3号节点同时远离信标节点A、B、C,因此判断结果应该在三角形ABC外部,但是这是与实际场景不相符的。这种情况是由于节点M太靠近边界引起的,同样在场景2中由于邻居节点的无规则放置会出现在三角形外部判断成在三角形内部的出错情况。幸运的是,通过实验测试结果观察,出错的情况相对较小,最坏情况下为14%,当增加网络节点密度时,未知节点可以测出更多的方向,这会减少将外部判断成内部的出错情况,但是相应地会增加将内部判断成外部出错情况。

                    
    在网络无线信号传播模式不规则和传感器节点随机部署的情况下,APIT算法的定位精度高,性能稳定,但是APIT测试需要较高的网络连通性,通常连通度大于6。相对于质心算法而言,APIT定位算法对信标节点密度要求低,定位精度高。


相关技术资料
3-31APIT定位方法
3-31定位机制

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