基于APIT定位算法的无线传感器网络误差修正与空间扩展研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:civili1844
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无线传感器网络是IT领域目前研究的热点之一,它是传感器技术、微机电系统与无线通信等技术进步的产物,是继互联网之后得新一代网络,如果说互联网为人们提供了快捷的信息交流平台,那么传感器网络则直观、高效的反映了最真实的客观世界,一个完整的信息成分通常包含事件的位置的信息,所以作为传感器系统的关键技术之一的节点定位问题也是研究的重点部分。由于传感器节点是微型的嵌入式系统,因此定位算法的设计受到体积,功耗,成本等制约,本课题在阐述了无线传感器网络的结构体系、自身特点及应用场景基础上,对目前作为传感器网络支撑技术之一的定位技术进行了深入分析,简要介绍了节点定位技术的评价标准,各种定位算法的主要思路。本文在已有的算法中,着重研究了非测距定位算法中的APIT算法,该定位机制具有简单实用,效率高,精度好,通信开销低的优点,但保证算法顺利执行的条件是在网络中需要部署有较高密度的信标节点,这样可以保证组建足够多的三角形完成节点的位置估算,如果不满足以上情况,容易出现In-To-Out Error与Out-To-In Error两种误判,并且网络无法覆盖到边缘节点,易造成边缘节点无法定位;另外该算法只能用于二维平面,在实际的应用过程中,无法满足空间定位的需要。为此本文根据传感器节点具备自适应的特点,通过使节点自动判断网络环境,分别提出了网络连通度在稀疏、密集两种条件下的改进方法,其一,在节点稀疏情况下采用D-APIT算法,该方法利用相邻节点,完成不符合原有算法条件节点的定位,增加网络覆盖率;二,在节点密集情况下采用H-APIT算法,利用增加方向矢量比较法减少误判。此外针对原有算法进行空间的扩展,在原有在二维平面内基于三角形测试的基础上提出了三维平面的GT-APIT算法,利用网格筛选方法找到定位目标。文章最后通过在MATLAB软件对以上改进算法进行仿真实验,采用定量分析法,通过逐步改变实验参数得出改进算法与传统算法的对比图。结果表明,改进算法有效地减少了原有算法的两种误判,并使原有不可定位的节点也可以利用该算法进行定位;对原有算法进行三维空间的扩展,在网格筛选辅助下可以完成三维空间定位,基本达到预期目标。
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