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位置、定位和可定位性

Location, Localization, and Localizability

  • 摘要: IBM前首席执行官郭士纳提出过这样一个观点:计算模式每隔15年发生一次变革。1965年大型机出现;1980年个人计算机普及;1995年前后互联网革命爆发。很多人将这个观点总结为“十五年周期定律”。2010年,我们会面临什么样的变革呢?普适计算,自组织网络,无线传感网,还是通过物物互联, 达到“智慧地球”?抛开这些不说,至少计算作为一种服务变得越来越无所不在和不可见了。这种变化催生了一系列新型的基于位置的服务(location-based service),服务于人们生产、生活、商业以及公共服务的方方面面。
    通过本文,我们回顾和探讨无线自组织网络中的位置(location)、定位(localization)和可定位性(localizability)问题。位置信息作为最重要的上下文之一,在移动计算和传感网中意义重大。在许多实际应用中,包括环境监测和智能空间等,位置信息赋予感知数据地理意义。另外,位置信息也是许多网络功能(包括路由、拓扑控制、网络覆盖、边界检测、网络组织等)的基础或者辅助。
    在本文中,我们详细调查了现有定位方法及其在不同网络环境下的适用性。我们创新的将所有定位方法分解为两个阶段进行研究。第一阶段为对物理世界的测量。根据硬件平台和适用环境的不同,物理测量也不尽相同。按照粒度由细到粗,物理测量包括节点间距离、节点间角度、通讯区域限制、节点间跳数以及网络邻居信息。通常认为,基于前两种测量的定位方法是测距相关的;基于后三种测量的定位方法是测距无关的。第二阶段为位置计算。在计算过程的初始,网络中部分节点具有全局位置信息,称为信标节点。其它未知位置的节点相互合作、交换信息,根据第一阶段的测量结果来计算自身的位置。随着计算过程的展开,位置信息从信标节点逐步扩散到未知节点。纵观现有的定位方法,没有任何一种是普遍适用的。研究人员应根据应用环境的特点,选择合适的物理测量结果,并设计相应的位置计算模式。
    与其他相关综述文章不同,本文重点讨论了两个在定位领域颇具潜力的问题:误差控制和网络可定位性。近些年,越来越多的研究人员在这两方面开展工作。误差控制的目标是减轻测量误差对定位精确性带来的负面影响,并从机制上抑制定位过程中的误差累积现象。网络可定位性提供了一种理论上的方法来分析定位方法的性能,为网络配置和管理提供了指导,也为不同定位方法间的比较和选择提供了依据。
    本文融入了关于位置、定位以及可定位性的最新研究成果,着重强调了基本原理和方法,并尝试提出这个领域中未来研究的方向,供相关研究人员参考。

     

    Abstract: Location-aware technology spawns numerous unforeseen pervasive applications in a wide range of living, production, commence, and public services. This article provides an overview of the location, localization, and localizability issues of wireless ad-hoc and sensor networks. Making data geographically meaningful, location information is essential for many applications, and it deeply aids a number of network functions, such as network routing, topology control, coverage, boundary detection, clustering, etc. We investigate a large body of existing localization approaches with focuses on error control and network localizability, the two rising aspects that attract significant research interests in recent years. Error control aims to alleviate the negative impact of noisy ranging measurement and the error accumulation effect during coope-rative localization process. Network localizability provides theoretical analysis on the performance of localization approaches, providing guidance on network configuration and adjustment. We emphasize the basic principles of localization to understand the state-of-the-art and to address directions of future research in the new and largely open areas of location-aware technologies.

     

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