複雜地形下大規模移動感測器網路定位技術研究

《複雜地形下大規模移動感測器網路定位技術研究》是依託北京理工大學，由張百海擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複雜地形下大規模移動感測器網路定位技術研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：張百海
• 項目類別：面上項目

項目摘要

定位是無線感測器網路的關鍵與支撐技術之一,高精度節點定位又是提供監測事件位置信息的前提條件。在實際網路部署和使用中，由於部署方式（飛行器隨機布撒）、物理空間限制（建築物、湖泊、山地或盆地等自然環境因素）及一些非可預測因素（節點故障）等原因，節點往往呈現不規則分布甚至出現網路“空洞”，進而對定位結果產生不良影響。本課題主要研究複雜地形下大規模移動感測器網路定位技術。針對網路中的地貌特徵構建空間幾何關係模型，在此基礎上，提出針對區域中空洞或凹凸地形的探尋算法；利用信息融合技術、遞階分層控制及多智慧型體一致性等理論，對錨節點的移動路徑進行規劃；根據節點的異同性和相互距離的幾何約束關係，構建節點間距離矩陣；並結合多維定標技術，得到節點坐標的局部與全局映射。最後，搭建感測器網路實際平台並套用於森林監控。本課題的研究，將為無線感測器網路在複雜地形下的套用提供較為完整的解決方案及理論支撐。

結題摘要

無線感測器網路是物聯網技術的重要形式，定位技術是實現“萬物互聯”的基礎，在實際網路部署和套用中，由於部署方式（飛行器隨機布撒）、物理空間限制（建築物、湖泊、山地或盆地等自然環境因素）及一些非可預測因素（節點故障）等原因，導致特殊情形下定位精度降低甚至定位失敗，阻礙無線感測器網路執行預定功能，因此複雜地形下大規模移動感測器網路定位技術研究具有十分重要的意義。針對複雜分布環境的無線感測器網路，本項目分別構建了靜態無線感測器網路、移動感測器網路、三維凹凸地形分布的無線感測器網路及含有空洞的無線感測器網路等特殊網路構型的特徵模型，充分挖掘錨節點的參考信息建立不同網路構型中感測器節點間的距離約束、最佳化節點間的距離估計結果；在此基礎上，對不同構型的網路特徵分別採用多維定標、二階移動基線、極限學習機等方法實現感測器節點定位，克服了無線感測器網路定位過程中的隨機性和不確定性因素進而提高定位精度；考慮錨節點數量不足情況下移動錨節點的路徑規劃問題，利用智慧型方法解決非凸最佳化問題，實現高覆蓋、低能耗的定位過程。為了進一步提高無線感測器網路定位方法的性能並拓展網路定位套用，研究了基於節點位置的路由協定、社區發現及覆蓋控制方法，為下一步推進定位技術的研究提供了新思路。項目在上述定位方法的基礎上，開發了基於ZigBee的感測器硬體節點並搭建了無線感測器定位測試系統，驗證了定位方法在複雜環境中的有效性和優越性。項目研究為無線感測器網路在複雜地形下的套用提供較為完整的解決方案及理論支撐，項目研究成果能夠有效地套用實施於環境監測、軍事防禦、智慧城市等領域，進而推動群智感知、物聯網技術的發展。