基于博弈論的無線網(wǎng)絡(luò)定位中的功率分配算法研究.pdf

1、隨著基于位置信息的應(yīng)用在許多領(lǐng)域的涌現(xiàn)，精確的定位服務(wù)變得越來越重要。無線網(wǎng)絡(luò)定位（wireless network localization,WNL）技術(shù)能夠在全球定位系統(tǒng)受阻的情況下提供精確的位置信息，特別是在室內(nèi)和峽谷等GPS信號(hào)容易被障礙物遮擋的環(huán)境中。影響WNL定位精度的因素有網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及測距精度，后者主要依賴于信道質(zhì)量和測距信號(hào)發(fā)射功率。而在實(shí)際應(yīng)用場景中，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及信道的質(zhì)量通常是難以改變的。此外，對(duì)于大部分

2、無線網(wǎng)絡(luò)，尤其是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量通常是受限的。因此，對(duì)WNL的功率進(jìn)行合理地分配變得非常重要。功率分配不僅影響到網(wǎng)絡(luò)的定位精度，而且還關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)的壽命和吞吐量。大部分已有的關(guān)于WNL功率分配的研究都是將無線定位網(wǎng)絡(luò)的功率分配問題規(guī)劃為各種優(yōu)化模型，在給定功率限制的情況下最小化定位誤差，或者反之亦然。這些模型都將錨節(jié)點(diǎn)當(dāng)作是一個(gè)整體，沒有考慮到單個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的自私性。本文主要從單個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的角度出發(fā)，對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的功率分配

3、問題進(jìn)行了研究。
　　本文主要引入了博弈論的思想，將單個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的功率分配問題建模為一個(gè)非合作博弈。具體地，定義每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)為一個(gè)博弈參與者，錨節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率為對(duì)應(yīng)的策略，綜合考慮定位誤差和功率消耗兩方面因素，構(gòu)建了一個(gè)二者折衷的收益函數(shù)。首先，分析單目標(biāo)節(jié)點(diǎn)場景，推導(dǎo)了錨節(jié)點(diǎn)最佳響應(yīng)的閉合解形式，并證明博弈存在納什均衡。然后，將博弈模型擴(kuò)展到多目標(biāo)節(jié)點(diǎn)場景中，并提出了功率分配博弈算法的分布式實(shí)現(xiàn)方法。最后，考慮在實(shí)際的無線定位網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)

4、絡(luò)參數(shù)通常存在不確定性的問題，建立了魯棒的功率分配博弈，證明了該博弈同樣存在納什均衡。
　　仿真結(jié)果表明，與簡單地采用最大發(fā)射功率的方案相比，基于博弈的功率分配算法在保證一定的定位精度的前提下，能夠節(jié)約平均功率消耗。另外，仿真結(jié)果還驗(yàn)證了在相同的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)不確定度情況下，魯棒的功率分配博弈算法比非魯棒的功率分配算法具有更好的定位性能。
　　本文所提出的基于博弈的功率分配算法給出了解決分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下錨節(jié)點(diǎn)的功率分配問題的一種可