چکیده
این مقاله به مطالعه مساله تعیین مکانهای گره در شبکههای حسگر تک کاره میپردازد. سه الگوریتم کانیابی توزیع شده (موقعیتیابی تک کاره، موقعیتیابی نیرومند، و مالتی لتریشن N-هاپ ) را روی یک پلت فرم شبیهسازی منفرد مقایسه میکنیم. این الگوریتمها دارای ساختار سه مرحلهای مشترکی هستند: 1) تعیین فواصل گره-لنگر ، 2) محاسبه موقعیتهای گره، و 3) اصلاح اختیاری موقعیتها از طریق روالی تکراری. تجزیه و تحلیل دقیقی را با مقایسه گزینههای مختلف برای هر مرحله، و همچنین مقایسه پایاپایی را از الگوریتمهای کامل ارائه میدهیم. نتیجهگیری اصلی این است که هیچ الگوریتم منفردی دارای بهترین عملکرد نیست؛ و الگوریتم بسته به شرایط (خطاهای دامنه، اتصال، کسر لنگر، و غیره) ترجیح داده میشود. با این حال، در هر صورت، فضای قابل توجهی برای بهبود دقت و/یا افزایش پوشش وجود دارد.
2. الگوریتمهای مکانیابی
قبل از بحث دقیق مکانیابی توزیع شده، در ابتدا به معرفی زمینه عملیات این الگوریتمها میپردازیم. ملاحظه اول این است که الزام خود-سازماندهی برای شبکههای حسگر دلالت بر این دارد که هیچ کنترل خوبی در طول جایگذاری گرههای حسگر هنگام نصب شبکه (به عنوان مثال، هنگامی که گرهها از یک هواپیما برداشته میشوند) وجود ندارد. در نتیجه، فرض میکنیم که گرهها به صورت تصادفی در طول محیط توزیع میشوند. برای سادگی و راحتی ارائه، محیط را به دو بُعد محدود میکنیم، اما همه الگوریتمها دارای قابلیت عملیات در 3 بعد هستند. شکل 1، شبکه نمونهای با 25 گره را نشان میدهد؛ زوجهای گرههایی که میتوانند مستقیما در ارتباط باشند توسط یک یال متصل میشوند. اتصال گرهها در شبکه (یعنی، میانگین تعداد همسایهها)، پارامتری مهم با تاثیری قوی روی دقت اکثر الگوریتمهای مکانیابی است (بخشهای 4 و 5 را ببینید). این پارامتر را میتوان در درجه اول با انتخاب تراکم گره خاصی تنظیم کرد، و در برخی موارد میتوان آن را به صورت پویا با تطبیق قدرت انتقال رادیوی RF در هر گره تنظیم نمود.
در برخی از سناریوهای کاربردی، گرهها ممکن است متحرک باشند. با این حال، در این مقاله، تمرکز ما روی شبکههای ایستا است که در آنها گرهها حرکت نمیکنند زیرا این حالت، شرط چالش برانگیزی برای مکانیابی توزیع شده است. فرض میکنیم که برخی از گرههای لنگر دارای دانش قبلی از موقعیت خود با توجه به یک سیستم مختصات جهانی هستند. توجه کنید که گرههای لنگر دارای قابلیتهای یکسان (پردازش، ارتباطات، مصرف انرژی و غیره) با همه گرههای حسگر دیگری هستند که موقعیت نامعلومی دارند؛ ما رویکردهای مبتنی بر زیرساختی خارجی با گرههای راهنمای (نقاط دسترسی) مورد استفاده در به عنوان مثال سیستم مکانیابی GPS-less [6] و سیستم مکانیابی Cricket [13] را ملاحظه نمیکنیم. به طور ایدهآل، کسر گرههای لنگر باید برای مینیممسازی هزینههای نصب، تا حد امکان پایین باشد و نتایج شبیهسازی ما نشان میدهند که خوشبختانه، اکثر الگوریتمها نسبت به تعداد لنگرهای در شبکه نسبتا حساس هستند.
عنصر نهایی که زمینه مکانیابی توزیع شده را تعریف میکند قابلیت اندازهگیری فاصله بین گرههای متصل شده به صورت مستقیم در شبکه است. از چشمانداز هزینه، استفاده از رادیوی RF برای اندازهگیری دامنه بین گرهها، به عنوان مثال، با مشاهده قدرت سیگنال، جذاب است. با این حال، تجربه نشان داده است که این رویکرد، براوردهای فاصله ضعیفی را حاصل میکند [14]. نتایج بسیار بهتری با اندازهگیریهای زمان-پرواز به دست میآیند، به ویژه هنگامی که سیگنالهای صوتی و RF ترکیب میشوند [12، 15]؛ دقتهای درصد کمی از دامنه انتقال گزارش میشوند. نتایج شبیهسازی ما بینشی را در مورد تاثیر دقت اندازهگیریهای فاصله روی الگوریتمهای مکانیابی فراهم میسازند.
