Verfasser: Born, A. (2011):
Titel: Algorithmen zur Positionsbestimmung sowie deren Genauigkeit in drahtlosen Sensornetzwerken
Erstgutachter: Prof. Dr. Ralf Bill
Zweitgutachter: Prof. Dr. Dirk Timmermann, Universität Rostock und Prof. Dr. Lothar Gründig, TU Berlin
Kurztext: Große Mengen preiswerter und einfach auszubringender Sensorknoten, die sich selbst organisieren, drahtlos miteinander kommunizieren, Messungen durchführen und auswerten können, ermöglichen eine großflächige Beobachtung städtischer Gebiete und unzugänglicher Terrains. Eine der wichtigsten Aufgaben für eine raumbezogene Auswertung ist bei der gegebenen zufälligen Ausbringung der Sensorknoten die Bestimmung der Position jedes einzelnen. Ungenaue Eingangsgrößen wie z.B. Distanzmessungen und die sehr eingeschränkten und begrenzten Energie- und Rechenressourcen eines jeden Knotens sowie die hoch miniaturisierte Hardware und geringe Batteriekapazität erfordern die Entwicklung robuster, energieeffizienter und genauer Lokalisierungsalgorithmen. Diese Arbeit gibt einen Überblick über aktuelle Forschungen auf dem Gebiet der Lokalisierung in Geosensornetzwerken und beschreibt Methoden zur Standortbestimmung von Sensorknoten. Ein im Rahmen der DFG-Projekte GeoSens und GeoSens2 entwickelter Lokalisierungsalgorithmus auf Basis geodätischer Ausgleichungsansätze wird hergeleitet. Dieser reduziert deutlich den Berechnungsaufwand und den Energieverbrauch auf den Sensorknoten bei gleichzeitiger signifikanter Erhöhung der Positionsgenauigkeit.
Er wird den bekanntesten Algorithmen zur Positionsbestimmung in Geosensornetzwerken gegenübergestellt. Weiterhin erfolgt eine detaillierte Untersuchung der in der Literatur am häufigsten zitierten Lokalisierungsalgorithmen. Hier werden die verschiedensten Einflussfaktoren funktional und stochastisch modelliert und mathematisch abgeleitet sowie in umfangreichen Simulationen analysiert, visualisiert und zu verallgemeinerbaren Aussagen geführt.
Abstract: Large amounts of inexpensive sensor nodes being able to organize themselves, communicate with each other wirelessly, perform measurements and evaluate will be distributed in future to monitor urban areas and inaccessible terrain. One of the most important tasks for the random deployment of sensor nodes is to determine the position of each individual node. Inaccurate input parameters such as distance measurements and the very restricted and limited energy and computational resources of each node as well as the highly miniaturized hardware and low battery require the development of robust, efficient and accurate localization algorithms. This thesis gives an overview of current research in the field of localization in geo sensor networks and describes methods for determining the location of sensor nodes. Within the DFG projects Geosens and GeoSens2 localization algorithms have been developed based on geodetic adjustment theory. This significantly reduces the computational complexity and power consumption on the sensor nodes, while significantly increasing the accuracy of positioning.