结构化协作定位理论和算法研究

近几年，无线传感器网络得到了迅猛发展，同时也提出了很多全新的科学问题。作为传感器网络的关键技术之一，定位技术同传统技术相比也面临着全新挑战：从强基础设施支持到有限的硬件支持，从单个设备的自身定位转向多个设备的协作定位。本项目针对无线传感器网络的特点，从理论和算法角度研究无线传感器网络定位技术的三个基础性科学问题。第一，提出"以网络为中心的定位"概念，探索新型协作定位算法，促进定位算法的发展逼近理论极限。第二，提出并研究结构化协作定位技术，解决协作定位的求解问题，避免求解的复杂度随定位目标数量增长而呈指数增长的问题。第三，建立统一框架分析定位理论和定位算法，得到可量化比较的算法评价体系，使算法评价不再单纯依赖于仿真试验，从而在理论上对结构化协作定位技术进行全面深入的分析。这三个科学问题的解决，对揭示定位问题本质有重要意义，能够有效推进定位技术的研究向前发展。

本项目对无线传感器网络中的定位问题进行研究，项目利用无线传感器网络中的拓扑相关性通过节点之间的协作来最大化算法的定位能力。项目已经完成了原定计划，主要取得以下成果：(1)提出了构件误差容忍限概念，首次把构件定位算法推广到有测距误差的应用环境中，使得该算法能够减少测距误差带来的定位错误问题，从而把构件定位这种高定位能力算法向实用方面做出实质性推进；(2)提出了一种稠密的联通平面图的构建算法，通过构建最大无冲突边集合，可以得到一个联通的稠密平面图，相比于已有算法，该算法生成结果实用性更高；(3)提出一种乐观的协作定位算法，利用网络中的可信信息，对那些被定位节点进行推断，利用全网范围内协同一致性检验来获得更高的定位能力，同时能够保证定位结果的鲁棒性；(4)提出了一种利用局部连通性信息确定网络拓扑异常算法。通过网络平面化来识别那些违反平面化特性的节点，利用二部图特性得到拓扑异常的具体位置信息；(5) 面向定位结果稳定性的新型三边测量法迭代初值选择策略。采用测距圆公共玄线的广义交点来作为迭代初值，并通过数学分析证明了公共玄线交点恒处于三边测量法求解空间中靠近全局极小值的位置上，从而使得迭代结果自适应的收敛于全局极小，从而保证迭代结果的稳定性。本课题共发表论文19篇，包括顶级《IEEE Transactions》2篇，其中SCI检索论文共计11篇，EI检索论文共计7篇，获得发明专利授权1项，获得军队科技进步一等奖1项，培养博士研究生2名。