Impact of Position Errors on Position-Assisted Distributed Beamforming in Wireless Sensor Networks

Abstract

The interest in Wireless Sensor Networks (WSNs) has grown significantly over the years due to their diverse applications, such as weather monitoring, temperature control, humidity measurement, and air quality assessment. WSNs rely on numerous very low-energy nodes, each serving as a sensor, constituting the primary communication source. The considerable number of sensors and limited transmitting capacity range of these nodes present a challenge for WSNs when collecting data from the sensors. In fact, WSNs can be considered a distributed multi-user Multiple Input Multiple Output (MIMO) system. Beamforming is a signal processing technique that focuses transmission in a particular direction and has been explored to address range limitations in Wireless Sensor Networks (WSNs). However, the successful application of conventional beamforming, which relies on precise knowledge of sensor locations, remains a challenge in distributed MIMO systems like WSNs. This is because inaccurate sensor localization information can significantly degrade beamforming’s effectiveness.This work specifically concentrates on developing testbeds for the impact of position errors on position-assisted distributed beamforming in WSNs. Various network topologies and techniques will be assessed to study the behaviour of the systems in different scenarios. This scenarios will be pass by sensors position errors, receiver position errors, receiver optimum position, amplitude adjust and the system behaviour in the near and far-field with multiple group of sensors.

Ao longo dos anos, o interesse pelas redes de sensores sem fios, vulgo Wireless System Networks (WSNs), cresceu significativamente devido às suas diversas aplicações, como monitorização meteorológica, controlo de temperatura, medição de humidade e avaliação da qualidade do ar. As WSNs baseiam-se em numerosos nós de energia muito baixa, cada um servindo como sensor e constituindo a principal fonte de comunicação. O número considerável de sensores e o alcance limitado da capacidade de transmissão desses nós representam um desafio para as WSNs na recolha de dados dos sensores. De facto, as WSNs podem ser consideradas um sistema multi-utilizador Multiple Input Multiple Output (MIMO) distribuído. Beamforming, que são técnicas de processamento de sinal que concentram a potência de transmissão numa direção específica, tem sido explorado tem vindo a ser explorado o uso de técnicas de confinamento feixe, i.e. para lidar com limitações de alcance em WSNs. No entanto, a aplicação bem-sucedida das técnicas de beamforming concenvionais, depende do conhecimento preciso da localização dos sensores, constituindo um desafio em sistemas MIMO distribuídos como as WSNs, isto porque, informações imprecisas sobre a localização do sensor podem degradar significativamente a eficácia do beamforming.Este trabalho foca-se no estudo do impacto de erros de posição em WSNs no desempenho das técnicas de enquanto utiliza distributed beamforming aplicados às WSNs. Várias topologias de rede e técnicas serão avaliadas para estudar o comportamento dos sistemas em diferentes cenários.