Lista przedmiotów z materiałami udostępnionymi dla studentów

Dla_studentów
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Tyberiusz Krysiak

Metody pozycjonowania węzłów w bezprzewodowych sieciach sensorowych


Node positioning techniques in wireless sensor networks


Opiekun pracy dyplomowej: dr inż. Piotr Korbel prof. ucz.
Praca dyplomowa ife obroniona 2009-04-28
Streszczenie pracy dyplomowej:
Wraz ze wrastającymi możliwościami sprzętu elektronicznego o małych rozmiarach i niskich kosztach, bezprzewodowe sieci sensorowe stają się coraz bardziej popularne, znajdując różnorodne zastosowania, np. do monitorowania środowiska. Znajomość pozycji to ważna cecha bezprzewodowych sieci sensorowych. Ponieważ użycie technologii GPS oraz lub programowanie węzłów przed rozmieszczeniem niepraktyczne w związku z ograniczeniami takich sieci. Alternatywnie, pozycje nadajnikow mogą być znalezione z pomocą informacji wymienianych pomiędzy nimi. Niniejsza praca przedstawia przegląd istniejących algorytmów pozycjonujących węzły sieci sensorowych. Algorytmy te zostały sklasyfikowane jako oparte na zdolności przyłączeniowej oraz bazujące na odległościach, oraz porównane pod kątem ich dokładności oraz odporności na pojawiające się błędy. Ponadto, rozważone są kierunki przyszłego rozwoju tej dynamicznej dziedziny technologii. Algorytmy, które obliczają pozycje węzłów na podstawie informacji o odległościach pomiędzy nimi, są w stanie osiągnąć większą dokładność niż techniki oparte na zdolności przyłączeniowej. Ich dokładność jest jednak w wysokim stopniu zależna od dokładności wstępnego szacunku odległości. Dlatego też skupiliśmy się na technikach obliczania dystansów oraz dyskusji nad ich dokładnością i zastosowaniem w sieciach czujników. Do tego celu wyprowadzamy modele statystyczne trzech technik estymacji odległości – opartych na sile sygnału radiowego, czasie jego lotu oraz na kącie padania – używając danych pomiarowych opisanych w literaturze. Używając statystycznych modeli, opisujemy, jak obliczyć dolne granice Cramera-Rao błędu pozycjonowania, które pozwalają otrzymać ogólny pogląd na osiągalną dokładność algorytmu pozycjonującego, wykorzystującego którąkolwiek z trzech technik szacowania dystansu. Do celu obliczeń dolnych granic użyliśmy darmowego oprogramowania „Senelex” dostępnego w sieci Internet, którego użyliśmy do rozpatrzenia różnych scenariuszy rozmieszczenia sieci oraz zachowania w nich technik obliczających odległość.
Abstract:
With the increasing capabilities of small, low-cost electronic equipment, wireless networks of sensing devices become increasingly popular, finding applications in environmental control and monitoring in various fields. Position awareness is an important feature of wireless sensor networks. Using GPS or pre-programming nodes with their locations is not practical due to the network constraints. Alternatively, finding node positions can be realized with the help of inter-node cooperation. This work presents an overview of the existing positioning algorithms for wireless sensor networks. The methods are categorized as connectivity-based and range-based, and compared from the viewpoint of their accuracy and robustness against the arising errors. Furthermore, we foresee the directions for future development of this dynamic technological field. Range-based algorithms, which calculate node positions from inter-node distance information, are able to achieve higher accuracy than the connectivity-based techniques. Their accuracy, however, is highly dependent on the accuracy of the initial distance estimation. That is why we focus on the ranging techniques and discuss their accuracy and applicability to sensor networks. For this purpose we derive statistical models of the three range estimation techniques – radio signal strength, time of arrival and angle-based – from the results of measurements described in the literature. Using these statistical models, we describe how to calculate the Cramer-Rao lower bounds on the positioning error, which gives a general idea of how accurate a positioning algorithm based on any of the three ranging approaches can be. We use a freely available tool “Senelex” for the calculation of the bounds to consider various network deployment scenarios and the behaviour of the ranging techniques.