無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)作定位的性能分析.pdf

1、由無線網(wǎng)絡發(fā)展和普及催生出的大量基于位置的服務迫切需要便捷可靠地獲得網(wǎng)絡節(jié)點的位置信息。協(xié)作定位正是一種適用于大規(guī)模網(wǎng)絡節(jié)點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)點間的信號測量獲得了節(jié)點間的相對位置信息，不但擴大了定位的覆蓋范圍，同時提高了定位精度。本文針對節(jié)點間測量僅能提供相對位置信息這一特點，引入相對構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)點情況下協(xié)作定位性能分析、估

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

3、表示、誤差度量和性能界為后續(xù)應用提供了分析工具。
　　2).分析了無錨節(jié)點情況下協(xié)作定位的性能。本文采用相對構型來分析無錨節(jié)情況下協(xié)作定位的性能。相比于以往引入虛擬錨節(jié)點或者采用節(jié)點間距離來分析定位誤差的方法，使用相對構型避免了虛擬錨節(jié)點選擇給定位誤差帶來的影響，同時提供了一類估計的性能界。利用該性能界，本文證明了一系列可被歸結于極大似然估計的定位算法的漸近有效性。
　　3).構造了估計節(jié)點絕對位置所需最優(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，并構造了達到該下界的最優(yōu)最小約束系統(tǒng)。進一步，本文提出了漸近最優(yōu)最小約束系統(tǒng)，用于克服構造最優(yōu)最小約束系統(tǒng)需要真實節(jié)點位置的困難。最優(yōu)和漸近最優(yōu)最小約束系統(tǒng)分別利用節(jié)點真實和名義位置對網(wǎng)絡整體的位置、朝向甚至尺度進行約束，不影響網(wǎng)絡相對構型。
　　4).探討了錨節(jié)點選擇與定位誤差之間的關系。本文分析了測距模型下錨節(jié)點部署策略與協(xié)作定位精度的關系，并證明了在僅考慮錨節(jié)點

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