Kablosuz sensör ağlarında açı rijitliği tabanlı konumlandırma
Angle rigidity-based localization in wireless sensor networks
- Tez No: 1022854
- Danışmanlar: PROF. DR. TOLGA EREN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kırıkkale Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde, kablosuz sensör ağlarında açı temelli özkonumlandırma problemi, geometrik temelleri deneysel ve düğüm bazında tanı analizi ile birleştiren dört fazlı sistematik bir ilerleyişle incelenmiştir. Birinci fazda, iki boyutta küresel açı rijitliğini güvence altına alan kurucu bir Tip-I düğüm-ekleme çerçevesi tesis edilmiştir. Ardından, gereksiz kenarlardan oluşan bir Birim Disk Çizgesini yapısal olarak en küçük açı-rijit çekirdeğe indiren Ters Tip-I yapı çözüm algoritması geliştirilmiş ve R=24 referans ağı üzerinde Tavlama Benzetimi ile doğrulanmıştır. Başlangıçtaki 4.702 ham açı kısıtı, rijitlikten ödün verilmeksizin yaklaşık 116 temel kısıta indirilmiştir. İkinci fazda, k = 3, 6, 9, 12 çapa sayıları için altı çapa yerleşim stratejisi (zarf, zarf-artı-bir, D-optimal, Birleşik, k-ortalamalar ve rastgele) Monte Carlo protokolü altında karşılaştırılmıştır. Dışbükey zarf tabanlı düzenlerin doğruluk-rijitlik Pareto önünde diğer yaklaşımlara üstün geldiği gösterilmiştir. Ayrıca dışbükey zarf alan oranı ve en küçük ikili çapa mesafesi, konumlandırma doğruluğunun hâkim geometrik belirleyicileri olarak tanımlanmıştır. Üçüncü fazda, 57 düğümlü sabit bir topolojide dört metasezgisel çözücü (Bayesçi Optimizasyon, Genetik Algoritma, Parçacık Sürüsü Optimizasyonu ve Tavlama Benzetimi) ile 1.760 Monte Carlo deneyini kapsayan düğüm bazında bir duyarlılık analizi gerçekleştirilmiştir. Ortaya çıkan %88,1 Değişim Katsayısı ve düğümler arası 27 katlık doğruluk farkı, deterministik bir“problemli düğüm”kümesinin varlığını ortaya çıkarmıştır. Bu küme, algoritmik farkları gölgede bırakan ve yerel geometrik tekilliklerden (komşu doğrudaşlığı, ters dönme belirsizliği) kaynaklanan hatalar sergiler. Dördüncü fazda, tanı üç boyutlu ağlara taşınmıştır. Köşe ve iki düzlemli açı temelli kısıt iş akışı kullanılarak cebirsel“Denklem ≥ Değişken”koşulu sağlansa dahi, deneylerin %5-7'sinde 100 × 100 × 100 m³ uzayında 2.534 m'ye varan ağır kuyruklu konum hataları ortaya çıkmıştır. Çapa yoğunluğu arttıkça, karşı-sezgisel“Na=8 paradoksu”ile 99'uncu yüzdelik hata Na=4 rejiminde 572 m'den Na=8 rejiminde 1.423 m'ye yükselmiştir. Karşı-olgusal yeniden yürütmeler, üç nicel eşiğin (çapa yoğunluğu Na=6, köşe açısı dışlama bölgesi θ ∉ [15°, 165°] ve asgari yerel derece Di ≥ 8) ağır kuyruğu bastırdığını ortaya koymuştur. Tezin birleştirici sonucu şudur: açı temelli KSA konumlandırmasında konum güvenilirliği, algoritma seçimi değil geometrik kırılganlık tarafından belirlenir. Dolayısıyla kısıt kalitesi, algoritmik ayar yerine kuruluş anında denetlenmelidir. Elde edilen tasarım kuralları, dağıtık, mobil ve donanım-doğrulamalı uzantılar için sağlam bir temel oluşturur.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the angle-only self-localization problem in wireless sensor networks is investigated through a systematic four-phase progression that combines geometric foundations with empirical, per-node diagnostic analysis. First, a constructive Type-I vertex-addition framework is established to guarantee global angle rigidity in two dimensions, and a Reverse Type-I deconstruction algorithm is developed that prunes a redundant Unit Disk Graph into a structurally minimal angle-rigid core; this pipeline is validated on an R=24 benchmark network solved by Simulated Annealing, where the initial 4,702 raw angle constraints are reduced to approximately 116 essential constraints without loss of rigidity. Second, six anchor placement strategies (hull, hull-plus-one, D-optimal, Joint, k-means, and random) are compared across anchor counts k = 3, 6, 9, 12 via a Monte Carlo protocol; convex-hull-based layouts are shown to Pareto-dominate accuracy-driven and stochastic alternatives, with the hull-area fraction and the minimum pairwise anchor separation identified as the dominant geometric predictors of localization accuracy. Third, a per-node sensitivity analysis spanning 1,760 Monte Carlo trials over a fixed 57-node topology with four metaheuristic solvers (Bayesian Optimization, Genetic Algorithms, Particle Swarm Optimization, and Simulated Annealing) reveals an 88.1% Coefficient of Variation and a 27-fold accuracy disparity between the most robust and the most fragile nodes; hierarchical Ward-linkage clustering isolates a deterministic cluster of problematic nodes whose failures are driven by local geometric singularities (neighbour collinearity, flip ambiguity) rather than stochastic algorithmic search. Fourth, the diagnosis is extended to three-dimensional networks via a vertex- and dihedral-angle constraint pipeline; even when the algebraic“Equations ≥ Variables”condition is satisfied, 5-7% of trials suffer catastrophic positional errors that reach 2,534 m within a 100 × 100 × 100 m³ domain, and the counter-intuitive“Na=8 paradox”inflates the 99th-percentile error from 572 m at Na=4 to 1,423 m at Na=8 as anchor density increases. Counterfactual replays demonstrate that three quantitative thresholds (anchor density Na=6, vertex-angle exclusion zone θ ∉ [15°, 165°], minimum local degree Di ≥ 8) suppress the heavy tail. The unifying conclusion is that for angle-only wireless sensor network localization, geometric fragility—not algorithmic choice—dominates positional reliability; consequently, constraint quality must be audited at deployment time rather than relied upon post-hoc through algorithmic tuning, and the resulting design rules establish a foundation for distributed, mobile, and hardware-validated extensions.
Benzer Tezler
- Telsiz duyarga ağlarında protokol yığını farkındalıklı konum belirleme probleminin mesaj gönderim stratejileri açısından analizi
Analysis of message transmission strategies for protocol stack-aware localization problem in wireless sensor networks
İSMAİL HAKKI TURAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOndokuz Mayıs ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERCAN DEMİRCİ
- Akıllı anten sistemi kullanan kablosuz algılayıcı ağlarda bağlantı analizi ve konum belirleme algoritması
Connectivity analysis and development of a localization algorithm for smart antenna system integrated wireless sensor networks
KEREM KÜÇÜK
Doktora
Türkçe
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiElektronik ve Bilgisayar Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADNAN KAVAK
- Multi-channel TDMA scheduling in wireless sensor networks
Kablosuz algılayıcı ağlarda çok kanallı zaman bölmeli çoklu erişim zamanlaması
ÖZGE UYANIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İBRAHİM KÖRPEOĞLU
- Kablosuz sensör ağlarında sağlam, dinamik gruplandırma ve oransal yük dengelemeli yönlendirme
Robust and dynamic clustering and proportional load balanced routing in wireless sensor networks
İSMAİL TELLİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HACI ALİ MANTAR
- Kablosuz sensör ağlarında yumuşak hesaplama teknikleri kullanarak konum tahmini
In wireless sensor networks using soft computing techniques estimate of location
SEVİL TUNCER
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolFırat ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TANER TUNCER