基于博弈论的无线网络定位中的功率分配算法研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangwz2005
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随着基于位置信息的应用在许多领域的涌现,精确的定位服务变得越来越重要。无线网络定位(wireless network localization,WNL)技术能够在全球定位系统受阻的情况下提供精确的位置信息,特别是在室内和峡谷等GPS信号容易被障碍物遮挡的环境中。影响WNL定位精度的因素有网络的拓扑结构以及测距精度,后者主要依赖于信道质量和测距信号发射功率。而在实际应用场景中,网络的拓扑结构以及信道的质量通常是难以改变的。此外,对于大部分无线网络,尤其是无线传感器网络,网络中节点的能量通常是受限的。因此,对WNL的功率进行合理地分配变得非常重要。功率分配不仅影响到网络的定位精度,而且还关系到网络的寿命和吞吐量。大部分已有的关于WNL功率分配的研究都是将无线定位网络的功率分配问题规划为各种优化模型,在给定功率限制的情况下最小化定位误差,或者反之亦然。这些模型都将锚节点当作是一个整体,没有考虑到单个锚节点的自私性。本文主要从单个锚节点的角度出发,对分布式网络环境下的功率分配问题进行了研究。  本文主要引入了博弈论的思想,将单个锚节点的功率分配问题建模为一个非合作博弈。具体地,定义每个锚节点为一个博弈参与者,锚节点发射功率为对应的策略,综合考虑定位误差和功率消耗两方面因素,构建了一个二者折衷的收益函数。首先,分析单目标节点场景,推导了锚节点最佳响应的闭合解形式,并证明博弈存在纳什均衡。然后,将博弈模型扩展到多目标节点场景中,并提出了功率分配博弈算法的分布式实现方法。最后,考虑在实际的无线定位网络中网络参数通常存在不确定性的问题,建立了鲁棒的功率分配博弈,证明了该博弈同样存在纳什均衡。  仿真结果表明,与简单地采用最大发射功率的方案相比,基于博弈的功率分配算法在保证一定的定位精度的前提下,能够节约平均功率消耗。另外,仿真结果还验证了在相同的网络参数不确定度情况下,鲁棒的功率分配博弈算法比非鲁棒的功率分配算法具有更好的定位性能。  本文所提出的基于博弈的功率分配算法给出了解决分布式网络环境下锚节点的功率分配问题的一种可行方法,鲁棒的功率分配博弈能为一些实际的无线定位网络设计提供参考。
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