無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作定位的性能分析.pdf

1、由無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和普及催生出的大量基于位置的服務(wù)迫切需要便捷可靠地獲得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置信息。協(xié)作定位正是一種適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的低成本低功耗解決方案。相比于傳統(tǒng)定位（如GPS定位等），協(xié)作定位利用位置未知節(jié)點(diǎn)間的信號測量獲得了節(jié)點(diǎn)間的相對位置信息，不但擴(kuò)大了定位的覆蓋范圍，同時提高了定位精度。本文針對節(jié)點(diǎn)間測量僅能提供相對位置信息這一特點(diǎn)，引入相對構(gòu)型和全局變換的概念研究協(xié)作定位中的一些基本問題，包括無錨節(jié)點(diǎn)情況下協(xié)作定位性能分析、估

2、計(jì)節(jié)點(diǎn)絕對位置所需的最優(yōu)最小約束系統(tǒng)、錨節(jié)點(diǎn)部署與定位誤差的關(guān)系以及引入新節(jié)點(diǎn)對協(xié)作定位精度的影響等。主要研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)概括如下:
　　1).提出了相對構(gòu)型和全局變換的坐標(biāo)表示、誤差度量和性能界。本文針對Ash和Moses給出的相對構(gòu)型和全局變換的概念，提出了相應(yīng)的坐標(biāo)表示、誤差度量以及性能界。特別地，針對節(jié)點(diǎn)間具體測量的特點(diǎn)，本文還提出了相對構(gòu)型和全局變換的兩種變種，以及相應(yīng)的坐標(biāo)表示、誤差度量和性能界。相對構(gòu)型和全局變換的坐標(biāo)

3、表示、誤差度量和性能界為后續(xù)應(yīng)用提供了分析工具。
　　2).分析了無錨節(jié)點(diǎn)情況下協(xié)作定位的性能。本文采用相對構(gòu)型來分析無錨節(jié)情況下協(xié)作定位的性能。相比于以往引入虛擬錨節(jié)點(diǎn)或者采用節(jié)點(diǎn)間距離來分析定位誤差的方法，使用相對構(gòu)型避免了虛擬錨節(jié)點(diǎn)選擇給定位誤差帶來的影響，同時提供了一類估計(jì)的性能界。利用該性能界，本文證明了一系列可被歸結(jié)于極大似然估計(jì)的定位算法的漸近有效性。
　　3).構(gòu)造了估計(jì)節(jié)點(diǎn)絕對位置所需最優(yōu)最小約束系統(tǒng)。本文

4、給出了Ash和Moses提出的最小約束系統(tǒng)的克拉美羅界跡的下界，并構(gòu)造了達(dá)到該下界的最優(yōu)最小約束系統(tǒng)。進(jìn)一步，本文提出了漸近最優(yōu)最小約束系統(tǒng)，用于克服構(gòu)造最優(yōu)最小約束系統(tǒng)需要真實(shí)節(jié)點(diǎn)位置的困難。最優(yōu)和漸近最優(yōu)最小約束系統(tǒng)分別利用節(jié)點(diǎn)真實(shí)和名義位置對網(wǎng)絡(luò)整體的位置、朝向甚至尺度進(jìn)行約束，不影響網(wǎng)絡(luò)相對構(gòu)型。
　　4).探討了錨節(jié)點(diǎn)選擇與定位誤差之間的關(guān)系。本文分析了測距模型下錨節(jié)點(diǎn)部署策略與協(xié)作定位精度的關(guān)系，并證明了在僅考慮錨節(jié)點(diǎn)

5、位置誤差下，錨節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)周邊均勻部署策略對于節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署的整體剛性二維網(wǎng)絡(luò)是最優(yōu)的。在僅考慮節(jié)點(diǎn)間測量誤差下，本文針對節(jié)點(diǎn)均勻部署的二維網(wǎng)絡(luò)，通過構(gòu)造一個關(guān)于節(jié)點(diǎn)位置克拉美羅界的近似從理論上得到了錨節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)周邊均勻部署策略。構(gòu)造的近似的性能與節(jié)點(diǎn)間測量對網(wǎng)絡(luò)相對構(gòu)型的識別特性有關(guān)。
　　5).研究了引入新節(jié)點(diǎn)對協(xié)作定位精度的影響。引入新節(jié)點(diǎn)提供了額外的信號測量，可以用于校正原有節(jié)點(diǎn)的位置精度。本文研究了上述校正對網(wǎng)絡(luò)相對構(gòu)型和全局變