Analysis of localization techniques in wireless sensor networks

Nesta dissertação, o problema da localização em redes de sensores sem fio é investigado. É apresentada uma análise de desempenho de técnicas de localização por meio de simulação e por meio da avaliação do limite de Cramér-Rao para o erro de localização. Em ambas as formas de análise foram avaliados efeitos de diversos fatores no desempenho, relacionados à topologia da rede e ao ambiente de propagação . Na análise por meio de simulação, foram consideradas as técnicas de localização baseadas em observações de potência do sinal recebido, enquanto que na análise usando o limite de Cramér-Rao, foram analisadas também as técnicas baseadas no tempo de chegada e no ângulo de chegada do sinal recebido. Este trabalho também avaliou os efeitos da polarização das estimativas de distâncias (usadas no processo de localização) no limite inferior de Cramér-Rao. Esta polarização é geralmente desprezada na literatura, o que pode levar a imprecisões no cálculo do limite de Cramér-Rao, em certas condições de propagação. Uma nova expressão para este limite foi derivada para um caso simples de estimador, considerando agora a polarização. Tomando como base o desenvolvimento desta nova expressão, foi derivada também uma nova expressão para o limite inferior de Cramér-Rao considerando os efeitos do desvanecimento lognormal e do desvanecimento Nakagami do canal de propagaçãoThis dissertation investigates on the localization problem in wireless sensor networks. A performance analysis of localization techniques through simulations and the Cramér-Rao lower bound is presented. The effects of several parameters on the localization performance are investigated, including network topology and propagation environment. The simulation analysis considered localization techniques based on received signal strength observations, while the Cramér-Rao analysis considered also techniques based on the time of arrival and angle of arrival of the received signal. This work also investigated how the Cramér-Rao limit is affected by the observation bias in localization techniques based on the received signal strength. This bias is usually neglected in the literature, what may lead to imprecisions on the Cramér-Rao limit computation under certain propagation conditions. A new expression for this limit was derived for a simple estimator case, now considering the bias. With the development of this new expression, it was also derived a new expression for the Cramér-Rao lower bound considering the effects of lognormal fading and Nakagami fading on the propagation channe