【正文】 當參與傳感器數(shù)量 少和參與傳感器的數(shù)量增加而更加節(jié)能時，對于誤差的考量 分布式處理的優(yōu)勢更加明顯 。 因此， 當需要多跳通信或者像圖 3 中參與傳感器的數(shù)量增加時， 分布式方法的優(yōu)點更為突出 。 可以看到， 與集中式方案相比分布式方案能夠節(jié)約大量的能量，特別是當傳感器的數(shù)量很大的時候。為了在距離為 d 的兩地交換 k bit 數(shù)據(jù)，無線電花費 2*** dkkEE a mpe l e cTx ???和kEE elecRx *? 。使用 2s? 的值為 7 10,40,70,100，并且參與傳感器的數(shù)量為 15。 我們假定在每個傳感器接收到 信號的平均能量 有一個 正態(tài)分布 的 均值 和方差，在 （ 3）及（ 4）中已被定義。 假設靜態(tài)聲目標位置 在 傳感器 區(qū) 域內有一個均勻分布 ，并且產(chǎn)生一個35004500Hz 的信號。 5） k4最近的傳感器 的初始估計是從批次估計器獲得， 預期參與順序最小二乘法 。 因此，結合時間延遲估計分布式處理和 連續(xù)最小二乘定位的思想 ， 可望改善 通信開銷 和準確性方面的定位性能 。 分布式 定位 的概念 可以用在每一個參與的傳感器 的一些進程中，不僅在簇頭中。每一個傳感器的信噪比： ? ?? ?222,???isiwis DfG fG ? 。定位問題可以演化成一個 線性最小二乘問題 ， bA ?? ，其中???????????11222NNN dyxdyxA ??? ，???????????sssRyx? ，?????????????2122122121NN dRdRb ? ， ? ? ? ?2121 yyxxR iii ???? 這些線性最小二乘方程可以 通過 批處理方式和 方案來解決， ? ? bAAA TT 1?? ?? 。假設目標的坐標為 ? ?sss yxZ ,? ,傳感器 i 和 j 之間的距離不同，其中 i ， j =1， ? ， N ，距離 ijd 可以通過基本的關系獲得： jiij DDd ?? 其中 iD = ? ? ? ?22 isis yyxx ??? 。 另一種方法是將分 布式處理后，通過 根據(jù) 為特定應用程序的使用方法的特點而定 的 某種手段 。 群集的重點是整合在每個群集成員收 集到的代表從每個群集賺取知識的測量 值。 在傳感器網(wǎng)絡 中用來 分散處理 的 通用節(jié)能聚類協(xié)議 可以在文獻 [6]中找到。 獲得的數(shù)據(jù) ， 這些數(shù)據(jù)的范 2 圍不同 ， 使用順序最小二乘 法方案 進行融合 。在諸如雷達和麥克風陣列 的傳統(tǒng)系統(tǒng)中 ， 利用每一個傳感器收集時間序列數(shù)據(jù) ， 在進程中需要 基本 的 信息，被假定為在中央處理單元可 用的， 無需關注在收集這些信息所產(chǎn)生的費用。 當 參與 的 傳感器的數(shù)量很少 時， 分 布 式的定位 在 精 度方面的優(yōu)勢更為突出， 然而當 參 與 的傳感器的數(shù)量是很大的 時候，能夠節(jié)約更多的能量 。 外文出處： Signals, Systems and Computers, 2020. Conference Record of the ThirtyNinth Asilomar Conference on 附 件： ； 指導教師評價： 1． 翻譯內容與課題的結合度： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 差 2． 翻譯內容的準確、流暢： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 差 3． 專業(yè)詞匯翻譯的準確性： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 差 4．翻譯字符數(shù)是否符合規(guī)定要求： □ 符合 □ 不符合 指導教師簽名： 年 月 日 1 傳感器網(wǎng)中絡基于分布范圍差異的目標定位 Chartchai Meesookho 和 Shrikanth Narayanan 電機工程學系 維特比工程學院 南加州大學 電子郵件 : , 摘要 —— 目標定位是傳感器網(wǎng)絡中的關鍵應用。該方法的精確度也更強大 ，可以 降低目標信號能源 并且 序列瞬時誤差 的估算可以被近似，并用于 協(xié) 調成本和系統(tǒng)性能評估 。然而，由于傳感器網(wǎng)絡典型的電池供電 、 無線的特點，需要考慮 傳感器之間時間序列數(shù)據(jù)交換 的 能量消耗。 順序性質提供了 基于 每個時間步長的 當 前估計選擇高效的傳感器，從而使精度得 到改善 。 一個目標定位問題 使用 聚類技術可能需要較為具體的表述 。 這是相當具體的應用，以描述與集群的形成相關的信息管理機制 。 我們利用一個眾所周知的 方案，基于范圍差的定位，在傳感器網(wǎng)絡中的分布式處理表明當與 集中的方法進行比較 ， 該系統(tǒng)的性能可以提高 。通常使用一個任意關于范圍差的參考傳感器。但是，我們可以不通過用連續(xù)最小二乘法解線性方程的方法得到 ?? ，這可以通過設??nA = ? ? ? ?? ?TT nanA 1? 和 ??nb = ? ? ? ? ? ?? ?Tnbbb ?21 來描述。根據(jù)文獻 [10],語音估計的克拉默帶寬如下： 130302222138 ??????????????????? ?????? ???????? ???????????ffffCCTijijij ?? 其中， ijC =? ?? ?? ?? ? ???????? ????????? ? ??fGfGfGfGjjsiis,1,1, 111?? 在表格中 可以簡單的推導出估計的方差， 212121 Di ??? ?? ，其中 03030221212283S N RffffTD???????? ?????? ????????? ????? 5 03030202122813S N RffffTS N RD?????????????? ????????? ?????????? ???? （ 5），0SNR 是指 22???s 。 如果 從 簇頭收集到 的 時間序列數(shù)據(jù) 被 傳送給參與的傳感器 ，時延估計就可以獲得了。 通過使用前面定義的符號，我們提出以下算法 ： 1） 一個 在一定的時間窗口中 收到 最高的平均信號能量 的 傳感器被選定作為初始傳感器 。在下面的估計 ki變 為最近的傳感器， 其中 i是那些已經(jīng)包括 在定位進 程 中 傳感器的數(shù)量 。 延遲的時間和平均能量估計數(shù)據(jù)觀測時間是 1秒 ，其中采樣率是 9000Hz。接收到最高能量的傳感器被選擇成為初始傳感器適用于分布式方法和集中方法的簇頭。 在圖 2的結果表明， 當 2s? 減少時集中方案比分布式方案遭受更多。 xTE 和 xRE 分別 代表的傳輸和接收數(shù)據(jù)的 能量消耗。 這可以簡單地解釋，第一，參考傳感器與 L 個參與傳感器之間的通信在廣播范圍之內。我們也研究了分 布式 方法 的收斂問題 ，考慮 到 每個迭代的定位誤差 和 連續(xù)估計 之間的距離不同。 該方法 在 降低目標信號能量和可 以 近似 的估計序列 瞬時錯誤 方面較為強勁并用于調和成本和系統(tǒng)性能 。 結果表明， 10 該分布式定位 方法比 集中 式 方法生產(chǎn) 更小的 誤差和消費 更少的 能 量。 這就要求通信距離較短 并且比集中式方案需要更少的能量。圖 3 說明了這兩 種方案 所消耗的能量 。我們用文獻 [6]中描述的一階無線電模型來評估通信開銷。 我們還研究了兩個 方案 的表現(xiàn) ，其中 2s? 是對應于不同 的目標所產(chǎn)生的信號（ SNR）的能量的變化 。 對于每一個拓撲 結構， 100 個路徑用來平均噪聲。 Ⅵ .實驗結果 對于實驗模擬 ，我們假設一個 100 100 平方米得傳感器區(qū)域，隨機分布 2500個傳感器。 如果有少于三個傳感器已經(jīng)收到它的 數(shù)據(jù)， 相鄰傳感器可能要求廣播從初始傳感器收到的時間序列數(shù)據(jù)。 根據(jù)數(shù)據(jù)模型 可知，時延估計方差與 傳感器 到目標節(jié)點距離的平方成正比，通過考慮 最近的傳感器 當前的估計來簡單的選擇首選的傳感器。 簇頭應該是一個參考傳感器 并且到達時間差是關于可以通過時延估計獲得的集群成員。PSD ? ?? ?fGs 信號 、 PSD ? ?? ?fG? 噪聲，連貫性是指在中心頻率 0f 處具有較平坦的帶寬 f z? 。因此，范圍差估計也是高斯分布的，假設 1in ～ N ? ?21,0 i? 。 設 N 傳感器分配給參加 定位進程的坐標為 ? ? ? ?? ?NN yxyx ,....., 11 。 當群 的 設計是大到達地方化準確性要求 ，為了 單獨傳送在群頭將被處理的所有群成員的這樣數(shù)據(jù) ，特別 需要花費的很多通信 。 假設一個放 置 在人煙稀少的高功能傳感器方案（可望發(fā)揮簇頭 的 作用） 并且當簇頭檢測到的聲信號強度超過預定的閥值時會形成一個群集。 這些傳感器通常稱為集群 并且 一個傳感器被選中成為簇 首，它 扮演一個 本 地 進程單元的角色。在這篇論文中，基于范圍差異的定位，我們提出了一種分布式算法 ，這種算法 允許 每一個參與的傳感器產(chǎn)生的 時延估計 ，所以， 在時間序列數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生的能源量可以減少 。 雖然 基于分布式 方法的 基本概念可以 被應用到 傳感器網(wǎng)絡的問題 中 ，數(shù)據(jù)匯總過程需要得到發(fā)展和 改進 。結果，采用逼真的模擬模型評 估 ，說明了分布式定位 產(chǎn)生 誤差小 并且比 較集中的方法 消耗更少的 能源。 各種傳統(tǒng)方法可以應用，并已提出， 以 范圍差（ RD）為基礎的方法是有 吸引力， 是 由于提高了準確性和易于實現(xiàn) 。 Ⅰ ．簡介 目標定位是推動實施傳感器網(wǎng)絡應用 的 關鍵之一 。 目前的挑戰(zhàn)是設計一個經(jīng)濟 、準 確的 算法 。 結果， 使用實際的模型和情況進行評估 ，說明了分布式定位 比 較集中的方法產(chǎn)生 更 小誤差和消 耗更少的能量。 既然最終目標是要找出一個特定的點也是最有可能的目標位置，在相應的目標區(qū)域關鍵信息應 是可靠的。 一般來說，所有成員與簇頭溝通是直接 的或者 是多跳通信 。 Ⅲ .基于最小二乘法的范圍差的定位 3 范圍差（ RD）是來自到達的時間差（ TDOA）的估計，通過距離和信號在媒介中傳播的速度之間的關系。 如果沒有一般性的損失 ，選擇 ? ?11,yx 作為定位的參考傳感器。連續(xù) 最小二乘估計 變成 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??????? ?????? ??? 11 nnanbnnn T ??? （ 1） ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ?? ??? nanna nann T 11 1 ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ????? 1nnann T （ 2） 指數(shù) n 對應第 thn 個傳感器。注意 21i? 是第 thi 個傳感器與假設在前一個位置的參考傳感器之間的語音方差。 廣播數(shù)據(jù)從一個參考傳感器 傳到 許多參 與 傳感器預計比相反的方向需要 更少的 通信開銷 。 請注意這個 “ 初 始 傳感器 ” 是用來 調用 傳感器 ，這個傳感器是用來取代“ 簇頭 ” 啟動進程的。 6） 連續(xù) 估計的路線是由上一步中所描述的凸殼插入算法 解決 旅行商問題（ TSP）路 線 的 傳感器 構成 [15]。 2s? 和 2?? 分別是 100 和 1，所以 0SNR =100。 圖 1 說明了，不同參與傳感器的數(shù)量的集 中式和分布式定位的均方誤差。 這也影響了 這兩種方案選擇不同的參與傳感器。 elecE =50 itbnJ是用來運行 發(fā)送器或接收器線路 的能量，并且 amp? =100 2mbitpJ 是用來傳輸放大。 在集中計劃要求L個 傳輸，以便獲得 代表 所有參與的傳感器的時間延遲估計，但 對于 分布式算法只有一個傳輸是不夠的 。 圖 4 顯示了這兩個數(shù)額密切相關 。 在未來我們的目標是研究時間延遲估計 對時間同步誤差的影響，因此， 那就是 定位性能 。到達時間差是從 時間延遲估計 中 計算出來的 ， 使用順序最小二乘 方案 融 為一體， 這使選擇合適 的傳感器 以 目前估計為基礎 。另一方面，在集中式方案中目標傳感器能夠從在第一跳就已經(jīng)從參考傳感器接收到數(shù)據(jù)的傳感器獲得數(shù)據(jù)。因為xTE和xRE與 k 成正比，我們可以看到，時間序列數(shù)據(jù)交換花費的能 量 比 連續(xù) 估計更新所 花費 的數(shù)額 更多。集中式方案選擇的傳感器很可能比分布式方案選擇的傳感器距離目標的距離要更遠，因此產(chǎn)生更大的誤差。當參與傳感器的