[论文解读] Geometry-covering Jammer Localization based on Distance Comprehension in Wireless Sensor Networks

Sheng Wang, Chunliang Chu|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2015

Indoor and Outdoor Localization Technologies参考文献 17被引用 3

一句话总结

本文提出了一种在无线传感器网络中利用几何覆盖和距离理解实现低能耗干扰器定位的方法。通过利用边界节点接收的干扰信号功率来补偿估计误差，计算受害区域的最小覆盖圆，从而在降低能耗的同时实现高精度定位，仿真结果验证了在不同节点密度和干扰区域参数下的有效性。

ABSTRACT

Jamming attacks could cause severe damage to Wireless Sensor Networks (WSNs). Once jamming attack occurs, the most urgent work is to get the position information of the jammer. Then safety measures to eliminate the jamming effects can be devised. In this paper, the jammer localization is conducted by geometric covering method to achieve a low energy consumption. And utilizing the power of the jamming signal received by the boundary nodes, a compensating method is composed to reduce the estimating error of the jamming area. At last the localization is conducted by extracting the minimum covering circle of the compensated victim area. Simulations are conducted to test the localization accuracy with the impact of node density, jamming region and radius. Results show that this localization method achieves both good precision and low energy consumption.

研究动机与目标

• 为解决无线传感器网络（WSNs）中快速定位干扰器的迫切需求，以减轻干扰攻击。
• 在保持高精度的同时降低干扰器定位的能耗。
• 通过利用边界节点接收的信号功率补偿受害区域内的估计误差，提高定位精度。
• 开发一种几何覆盖方法，通过确定受害区域的最小外接圆，实现鲁棒的干扰器定位。

提出的方法

• 利用边界节点检测干扰信号功率，作为估计干扰区域的基础。
• 采用补偿方法，通过考虑信号衰减和传播损耗，优化估计的干扰区域。
• 采用几何覆盖方法，确定补偿后受害区域的最小外接圆。
• 将最小覆盖圆的圆心作为估计的干扰器位置。
• 通过距离理解增强干扰区域估计的精度。
• 通过仅关注边界节点并最小化通信开销，实现分布式、节能的方法。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在无线传感器网络中以最低能耗实现干扰器定位？
• RQ2 在边界节点处进行信号功率补偿在多大程度上提升了干扰器定位的精度？
• RQ3 基于最小外接圆的几何覆盖方法如何提升定位精度？
• RQ4 节点密度和干扰区域大小的变化如何影响所提方法的性能？
• RQ5 所提方法是否能在保持低计算和通信成本的同时实现高定位精度？

主要发现

• 所提方法即使在低节点密度条件下也能实现高定位精度。
• 信号功率补偿显著减少了受害区域内的估计误差。
• 最小覆盖圆方法以极低的计算开销有效定位了干扰器。
• 随着节点密度的增加，定位精度提高，在仿真中可测量到精度的提升。
• 通过仅关注边界节点并避免全网监控，该方法保持了低能耗。
• 仿真结果证实了该方法在不同干扰区域大小和形状下的鲁棒性能，展示了其实际适用性。