Kablosuz Algılayıcı Ağlarda Yer Belirleme Problemine İki ve Üç Boyutlu Uzayda Yaklaşımlar

Abstract

Kablosuz algılayıcı ağlar (KAA), geniş uygulama alanları olan popüler teknolojilerdir. Yer belirleme ise KAA'da çok önemli problemlerden biridir. KAA'daki düğümlerin Küresel Konumlandırma Sistemi (KKS) olmaksızın yerelleştirilmesi işleminin, yönlendirme ve araştırma sistemlerine ihtiyaç duyulan alanlarda çok fazla uygulama alanı vardır. Varış Zamanı (VZ) yöntemi hedef düğümün konumunu sinyaller arasındaki ilintiye göre tahmin eden bir yöntemdir. Bu tezde, ilk olarak, üç boyutlu uzayda adaptif 3 Komşu (3K) algoritması tanıtılmadan önce iki boyutlu uzayda adaptif 3K algoritması tanıtılmıştır. Üç boyutlu uzayda adaptif 3K algoritması bu tezin en son bölümünde ayrıntılı olarak anlatılmıştır. Bu algoritmada dört tane küre hedef düğümün konumunun belirlenmesi için kullanılmıştır. Bu algoritma için yapılan benzetim sonuçlarına göre konumu yeni elde edilen düğümlerin bütün ağın yer belirleme performansını arttırdığı gözlemlenmiştir. İkinci olarak, Varışta Zaman Farkı (VZF) tabanlı algoritma tanıtılmıştır. Bu algoritmada, VZF yöntemi kesişimleri hedef düğümlerin aday konumları olan hiperbollerin parametrik denklemleri kullanılarak formülize edilmiştir. VZF algoritması, kısıtlı performans gösteren herhangi bir düğüme bile uygulandığında, bütün ilişkili çözümleri bulmayı garanti etmektedir. Üçüncü olarak, çizge kuramı tabanlı yer belirleme algoritması, yer belirlemedeki belirsizliği kaldırabilmek için tanıtılmıştır. Bu algoritma diğer bazı algoritmaların başarısız olduğu özellikle seyrek ağlarda başarılı performans göstermektedir. Algoritma verilen düğümün yerini tam olarak belirleyemese bile, düğümü içeren bir çokgensel bölge oluşturmaktadır. Tanıtılan algoritmaların hepsinin performanslarının değerlendirilmesi için MATLAB programı benzetim sonuçları kullanılmıştır.

Wireless Sensor Networks (WSNs) are popular technologies that have extensive application areas. Localization is one of the crucial topics in wireless sensor networks. Supporting nodes without Global Positioning System (GPS) capability, in wireless ad hoc and sensor networks, has lots of applications in routing and surveying systems in use today. Time of Arrival (TOA) is a method used to estimate the location of a target node based on the correlation of the signals. In this thesis, firstly, before introducing the adaptive 3 Neighbor (3N) algorithm in 3 Dimensional (3D), adaptive 3N algorithm in 2D is expressed. Adaptive 3N algorithm in 3D is lastly expressed in this thesis. In this algorithm, four spheres were used to localize target node in the algorithm. For this algorithm, the simulations conducted have shown that the introduction of the knowledge of newly localized nodes into the network enhances its localization capability. Secondly, Time Difference of Arrival (TDOA) based algorithm is expressed. In this algorithm, TDOA is formulated using parametric equations of the hyperbolas whose intersections are candidate locations for the nodes to be localized.The TDOA algorithm is guarenteed to find all possible relevant solutions, even when implemented on a computational node with limited capability. And thirdly, Graph-Theoretic Localization Algorithm is introduced to resolve ambiguities in the position candidates. The algorithm is especially effective in very sparse networks where other algorithms fail. Even when the algorithm can not locate a given node, it produces a polygonal estimate of the region in which the node is located. For all of these algorithms, MATLAB simulations are used to assess the algorithms' performances.