论文部分内容阅读
无线传感网(Wireless Sensor Network,WSN)由许多可以互相进行无线通信的微型传感器节点构成,是一种采用多跳自组织进行网络构建,各节点之间协作进行监测任务的传感器网络,是物联网(Internet of Things,IOT)的重要底层组成部分。在WSN中,节点定位与时间同步是成功组建网络、最终顺利执行监测任务的关键。本文基于锚节点自定位和邻居广播提出了新的分布式协作定位算法与时间同步算法。相比于传统的集中式和非协作式算法,所提出的算法能够利用分布式计算提高定位精度,改善定位性能。另外本文还将协作定位思想扩展至移动网络,研究了在基于协作非正交多址接入技术(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)的移动网络中的基于到达时间(Time of Arrival,TOA)的设备定位。主要工作如下:(1)基于随机部署的节点和一些临时部署且位置已知的锚节点,提出了一种分布式协作自定位算法,该算法利用了连续的节点-锚节点的距离估计,即与锚节点相近的节点可以相继估计出它们与最近锚节点的距离,并且可以在同一网络中的各个节点上实施,使得可定位的节点可以自识别和自定位。理论分析和仿真实验均表明,该算法能够识别可定位的节点,并且在没有测量误差的假定前提下实现精确定位,也可在测量误差为零均值独立同分布的高斯误差假设下,实现最优定位性能。(2)进一步考虑到,协作式同步算法相比于传统的集中式算法能考虑更全面的传播路径,提出了基于邻居广播的分布式协作同步算法,并考虑了所有传感器节点时钟都处于非理想工作频率下的一般情况。首先根据邻居广播产生的观测函数来研究可同步性,推导相应的Cramer-Rao下界(Cramer-Rao Lower Bound,CRLB),在测量误差为独立同分布的零均值高斯误差的假定下,估计每个未同步传感器节点的两个时钟参数,分析了该分布式协作同步算法在每个传感器节点上的算法实现,理论分析和仿真实验均表明,该分布式协作同步算法是全局收敛的,收敛时可以逼近CRLB。(3)考虑到NOMA在现如今的无线通信中备受关注,在未来以万物互联为愿景的5G中要实现高精度的基于位置的服务(Location-Based Services,LBS)也需要定位算法的支持。研究了协作NOMA和协作正交多址(Orthogonal Multiple Access,OMA)的TOA定位算法,特别针对不同中继节点数量,不同中继策略场景下的位置精度研究,通过理论分析和仿真实验得出,在基于TOA的定位方面,协作NOMA优于协作OMA,并且定位算法在5G场景中同样有广阔的应用空间和研究价值。