信标节点连续不定漂移情况下的无线传感器网络定位方法研究

Localization is a critical problem in wireless sensor networks. In most existing localization mechanisms, some beacon nodes are placed in the monitoring area to deduce the locaitons of sensor nodes. These localization mechanisms are based on the assumption that beacon nodes are immobile or their locations are known. In deployment, beacon nodes may move accidentally, and in some cases, this movement is contious and uncertain. As a result, the accuracy of localization will be greatly affected and a localization error may occur. This research focuses on the beacon drifting scenarios, first explores the beacon node movement detecting and estimation algorithms, then designs a reliability evaluation mechanism for the proposed movement estimation algorithm, and at last presents the localization algorithm for beacon drifting scenarios. This research will provide a framework and several algorithms for locaization in beacon drifting scenarios. Our woork will provide theoretical, algorithm and technical support to wireless sensor network applications, and thus can further prompt the development of wireless sensor networks.

节点定位是无线传感器网络的重要研究课题之一。在大部分定位架构中，会在被监测区域设置一些信标节点作为基准，以此来确定传感节点的具体位置。这就存在一个前提：信标节点是静止或位置已知的。在实际应用中，信标节点难免因各种原因发生位置意外移动，甚至是连续不定的漂移，导致因信标节点位置变化而造成其他节点定位出现定位偏差甚至无法确定位置的情况。本研究针对信标节点漂移的情况，探索：①信标节点漂移时的位置变化检测和漂移测算方法；②对移动或漂移所做测算的可信度评估算法；③当信标节点移动或漂移后，相关的其他传感节点的随动协同定位算法。本研究将提出一整套针对信标节点移动和漂移情况的定位框架和算法，为此类情况下的无线传感器网络应用解决理论、算法和技术问题，进一步推动无线传感器网络理论研究和实际应用的发展。

在基于无线传感器网络中的实际应用系统中，信标节点的飘移对整个网络工作状态影响最大，尤其是节点的准确定位。信标节点飘移情况下的无线传感器网络节点定位问题主要集中在：（1）信标节点的飘移检测；（2）如果信标节点发生了飘移，如何对其进行重定位或随动定位；（3）与信标节点的飘移相关的定位覆盖率、节点布署、数据处理等问题。.本项目针对上述问题进行研究，研究的主要贡献如下：.1. 针对信标节点移动后，致使其他相关节点的定位产生漂移，我们提出了一种基于区域划分的信标节点移动检测算法(Area Division-based Beacon Movement Detection Algorithm，AD-BMD)，在区域划分的基础上，通过两次判定过程将移动的信标节点检测出来，并为每个信标设置了坐标可信度值。.2. 为合理利用移动的和未移动的信标节点，给出基于信标移动检测的信标择优定位算法(Beacon Movement Detection-based Beacon Optimal Selection Localization Algorithm，BMD-BOS)，通过合理选择信标节点来对其它未知节点进行定位。.3.提出了一种基于评分和协商机制的分布式信标节点飘移检测算法。该算法中每个节点通过自评分以及与周围节点的协商来判断自身是否发生飘移。采用概率模型来判断节点的定位可信度，并通过基于可信度的节点选举，提升普通节点为临时信标节点，完成节点重定位。.4. 提出一种基于虚拟力场模型的，轻量级分布式的节点定位算法及位置验证算法，以实现WSN的可信定位。该算法还利用节点协作观测的方法检测飘移节点和恶意信标节点，并通过普通节点为临时信标的方法，完成飘移节点的重定位。.5. 提出了为应对信标节点飘移情况产生的节点覆盖空洞产生，提出了若干自组织的节点布署算法。.6.提出了一种新的基于1-栅栏覆盖的分布式算法DBCA (Distributed Barrier Coverage Algorithm)算法，该算法兼顾了网络的构建成本和网络生存时间，同时也适用于大型的传感网络。.7.在此项目支持下，有4位博士毕业，还有2位博士即将毕业。有9位硕士毕业。.8.承办了一次全国的学术会议，参加了两次国际学术会议，主办了一次省内学术会议。.9.其他：5个发明专利在申请，两部专著将于2018年由上海交通大学出版社出版