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1、傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自二十世紀(jì)七十年代被提出以來一直受到研究領(lǐng)域的關(guān)注,與之相關(guān)的新技術(shù)層出不窮。盡管在微型制造、嵌入式處理器以及低功耗無線通信等領(lǐng)域發(fā)生了巨大的革新和進(jìn)步,傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的腳步卻始終停滯不前,與同時(shí)代提出的因特網(wǎng)技術(shù)相比,傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)仍然停留在實(shí)驗(yàn)室中。造成這一困境的因素中,節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)始終扮演著明顯的短板。傳感器網(wǎng)絡(luò)中往往使用位置信息對(duì)節(jié)點(diǎn)間交互的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識(shí),而節(jié)點(diǎn)部署的隨機(jī)性使得節(jié)點(diǎn)無法預(yù)先獲取其位置信息。為解決
2、這一問題,已有大量的節(jié)點(diǎn)定位方法被提出;這些方法使用了多種不同的機(jī)制并在其各自的仿真環(huán)境中獲得了準(zhǔn)確的定位結(jié)果。然而,這些方法在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中卻都顯示出較大的誤差,究其原因,這些方法均使用了各種與實(shí)際脫節(jié)的理論模型,例如單位圓通信模型、節(jié)點(diǎn)間精確測(cè)距模型、節(jié)點(diǎn)均勻分布模型以及測(cè)量誤差正態(tài)分布模型等等。離開這些“理想模型”的支撐,現(xiàn)有的各種定位方法均無法進(jìn)行理論分析。針對(duì)這一困境,本論文從分析各種理想模型與實(shí)際應(yīng)用環(huán)境之間存在的沖突入手,
3、擺脫對(duì)各種“理想模型”的依賴,尋找建立實(shí)用的節(jié)點(diǎn)定位方法。論文的主要工作和貢獻(xiàn)包括:
(1)分析了現(xiàn)有的各種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位方法,對(duì)其中使用的理想模型在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中存在的弊端進(jìn)行了總結(jié),并運(yùn)用測(cè)量及測(cè)量不確定性對(duì)定位方法中的各種機(jī)制與環(huán)境因素之間的交互進(jìn)行統(tǒng)一描述。定義和描述不確定性有助于擺脫對(duì)原有的各種確定性理想模型的依賴,從而正確地反映出傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間的測(cè)量和交互行為在受到環(huán)境因素影響之后的特征。在此基礎(chǔ)上,分
4、析了現(xiàn)有各種方法在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中可能存在的誤差,結(jié)論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。
(2)給出了測(cè)量不確定性的定義、量化方法、獲取手段以及在大規(guī)模分布式系統(tǒng)中所具有的性質(zhì),獲得了兩個(gè)重要的結(jié)論:測(cè)量不確定性與測(cè)量分辨率的反比關(guān)系以及確定性傳遞特性。前者是指在環(huán)境不確定因素影響下進(jìn)行的測(cè)量,精度要求越高則測(cè)量結(jié)果不確定性越高;后者是指由若干個(gè)測(cè)量所組成的間接測(cè)量中,若存在某一個(gè)測(cè)量具有不確定性,則整個(gè)測(cè)量存在不確定性。前一結(jié)論可用于解釋現(xiàn)
5、有實(shí)驗(yàn)工作中所發(fā)現(xiàn)的各種定位方法精度趨同的現(xiàn)象,同時(shí)也為分布式系統(tǒng)中獲取高確定性信息的方法提供了線索。后一結(jié)論則可用于解釋現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)工作中所發(fā)現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)定位誤差非線性累積現(xiàn)象。論文進(jìn)一步提出了傳感器網(wǎng)絡(luò)中在測(cè)量不確定性及誤差方面所具有的測(cè)量同構(gòu)性。
(3)針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)所具有的測(cè)量同構(gòu)性,提出了基于“拐點(diǎn)”的測(cè)量同構(gòu)性判定方法。該方法遵循測(cè)量不確定性與測(cè)量分辨率的反比關(guān)系,利用局部網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)具有高確定性且易于獲取的相鄰節(jié)點(diǎn)間連
6、接信息判斷網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署所具有的特征,對(duì)節(jié)點(diǎn)間距離測(cè)量所受的影響進(jìn)行評(píng)估,判定節(jié)點(diǎn)間路徑的形態(tài)特征及彎曲程度。論文進(jìn)一步提出了基于路徑相似度和基于路徑彎曲角度的兩種節(jié)點(diǎn)間距離測(cè)量非線性修正方法,并對(duì)使用條件進(jìn)行了分析。與現(xiàn)有的線性修正方法相比,由于通過拐點(diǎn)消除了節(jié)點(diǎn)間路徑形態(tài)的不確定性,所提出的方法可以有效降低傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間距離測(cè)量的誤差非線性累積。仿真結(jié)果顯示,該方法可大幅度降低復(fù)雜部署環(huán)境下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間距離測(cè)量誤差,進(jìn)而提高節(jié)
7、點(diǎn)定位準(zhǔn)確性。
(4)無論是測(cè)量同構(gòu)性還是節(jié)點(diǎn)間路徑的形態(tài)都是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署以及測(cè)量在外界環(huán)境影響下所具有特征的外在表現(xiàn)。針對(duì)這種外在表現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署和測(cè)量方面的內(nèi)在特征之間的關(guān)系,論文分別給出了傳感器網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)描述和獲取方法以及基于網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)部署方法。前者可對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)自身對(duì)測(cè)量不確定性的判定所能提供的信息量進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)。后者則可以更加有效地利用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)所提供的確定性信息。通過與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相同設(shè)定下的仿真實(shí)
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