Исследование и разработка энергоэффективного метода локализации элементов беспроводных сенсорных сетей

• Автор: Курпатов, Роман Олегович
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Аналитический обзор

1.1. Введение

1.2. Протокол IEEE 802.15.

1.3. Радиочастотные методы локализации в БСС

1.3.1. Локализация с помощью силы сигнала (RSSI)

1.3.2. Глобальная система навигации GPS

1.3.3. Разница по времени прибытия

1.3.4. Сотовые сети GSM

1.3.5. ANSI 371.1 Система локализации в реальном времени RTLS (Wherenet, Inc.)

1.3.6. Сверхширокополосная локализация
1.3.7. Радиоинтерференционная система позиционирования RIPS
1.3.8. Метод TWTT
1.3.9. Сравнительный анализ методов локализации
1.4. Основные проблемы локализации в сенсорных сетях
1.4.1. Помехи
1.4.2. Временная синхронизация
1.4.3. Артефакты выборки
1.4.4. Особенности многолучевого распространения
1.5. Выводы
Глава 2. Исследование алгоритмов локализации элементов беспроводных сенсорных сетей
2.1. Постановка задачи
2.2. Процесс измерений и модель прохождения сигналов
2.3. Оценка точности процесса локализации для узлов с детерминированным местоположением
2.3.1. Граница Cramer-Rao для ошибок процесса локализации мобильного терминала

2.4. Нижние границы ошибок локализации с априорной информацией
2.4.1. Нижний предел Weinstein-Weiss
2.4.2. Расширенная версия нижнего предела Ziv-Zakai
2.5. Пределы для точности локализации по заданному набору информации
2.6. Вычисление пределов с многократными измерениями
2.7. Расчет расхода электроэнергии
2.8. Выводы
Глава 3. Комбинированный Метод локализации элементов БСС по уровню силы принимаемого радиосигнала и времени его двустороннего прохождения
3.1. Введение
3.2. Метод ранжирования по силе принимаемого радиосигнала RSSI
3.2.1. Нижняя граница Cramer-Rao (CRB) для локализации по уровню силы принимаемого сигнала RSSI
3.2.1.1.CRB для единичного значения уровня силы сигнала RSSI
3.2.1.2.CRB в случае множественной выборки значений уровня силы сигнала RSSI
3.3. Метод ранжирования по времени двустороннего прохождения
сигнала TWTT
3.3.1. Нижняя граница Cramer-Rao (CRB) для локализации по времени прохождения сигнала TOF
3.3.2. Разрешающая способность системы измерений
3.3.3. Синхронизация
3.3.3.1.Метод односторонней передачи
3.3.3.2.TWT T
3.4. Система измерения расстояний
3.5. Реализация системы
3.5.1. Аппаратная платформа для эксперимента
3.5.2. Формат фрейма и восстановление тактовой синхронизации
3.5.3. Алгоритм расчета времени прохождения сигнала

3.5.4. Проблемы интерференции
3.5.5. Границы ошибок ТОГ-метода
3.6. Адаптация комбинированного метода локализации
3.7. Выводы
Глава 4. Экспериментальная часть
4.1. Введение
4.2. Условия проведения эксперимента
4.2.1. Эксперимент в условиях прямой видимости узлов Ьо
4.2.2. Эксперимент в условиях отсутствия прямой видимости узлов (№.08)
4.2.3. Эксперимент в условиях закрытого помещения
4.3. Анализ результатов применения комбинированного метода локализации
4.4. Анализ энергоэффективности системы
4.5. Выводы
Заключение
Библиографический список:
Приложение А

получит сегмент, смещенный на 60 не. Первый узел А генерирует локальный код, синхронизованный с локальными часами. Этот код используется для модуляции несущей частоты, осуществляется передача на второй узел В. Узел В также имеет локальные часы с таким же периодом, как и узла А, но фазы у них смещены. В результате узел В знает длину приходящего кода. Он выбирает и демодулирует этот сигнал, и только одну смещенную копию этого кода хранит в памяти. Система может накапливать многочисленные копии кодов в порядке улучшения показателя SNR, но они все являются в точности копией кода, которые циркулярно смещены в том направлении, что и другие получаемы копии. На этом этапе В имеет локальную копию кода, который является средним числом в результате многочисленных приемов сигнала. После того, как узел А отправил предопределенное количество копий кода и В получил часть этих кодов, трансиверы переключают режим, и теперь В является генератором кодов. Начиная работу по его локальным часам, он отправляет циркулярно смещенные коды обратно на А. С каждым нарастающим этапом локальных часов, А начинает записывать исключительно одну копию этого кода. Снова А может накапливать многочисленные копии для улучшения SNR. Из-за замкнутого (двунаправленного) характера системы, циркулярное смещение, которое происходит при проходе от А к В, исключено при проходе В к А. После того, как А получил и накопил заданное количество копий, трансиверы выключаются и вся оперативная обработка завершена. Затем вычисляется взаимная корреляция кода записанного и кода отправленного, и нулевое смещение кодов будет, когда время полета равно нулю. Поскольку система опирается выборку сигнала по Найквисту, полученный код может быть интерполирован для улучшения разрешения до шумового предела системы. Корреляция и подсчет смещение кодов не исполняются в режиме реального времени, позволяя совершить подсчеты в любое время, используя пожелания пользователя. Эта система может достигать CRB единственным измерением