基于拓扑控制和安全策略的无线传感器网络定位研究

Making data geographically meaningful, location information is essential for many applications, and it deeply aids a number of network functions. At the same time, network topology and security is closely related to localization, and mutual influenced within each other. Our previous study showed that, how to determine the localization complexity, and what is the conditions of localizability, these two problems have not been resolved. What we really desire is to answer the following two fundamental questions which cannot be solved by existing methods:.1) Given a network configuration, whether or not a specific node is localizable?.2) How many nodes in a network can be located and which are them?.Therefore, this project is based on our preliminary research achievement, develop in-depth study of the topology control, security strategy, localization algorithm and their complete theory in wireless sensor network. Finally we would propose a complete localization theory suitable for the sparse, noise and other complex wireless sensor networks..The project will (i) comprehensively analysis of localization in wireless sensor network, and formation of localization theory ultimately. Our localization algorithm will suit various types of abstract, improve the application of localization theory; (ii) solve the localizability complexity problem for those application environment without distance and angle information or accurate information, to comprehensive and system analysis; (iii) the minimum requirements of solution can be determined according to the network localizability problems, connectivity and coverage requirements, analyze the necessary and sufficient conditions for coverage of the localization, in the process of localization combines security strategy and topology control, provides the theoretical limit for localization algorithm of sparse network with noise. Network localizability provides theoretical analysis on the performance of localization approaches, providing guidance on network configuration and adjustment.

无线传感器网络的定位，是大多数应用必不可少的基础。而网络的拓扑、安全都与定位密切相关，并且相互影响。我们前期的研究表明，如何确定定位的复杂度、以及定位问题可解的条件，这两个问题尚未得到解决。因此，本项目基于我们前期的研究成果，对无线传感器网络定位的拓扑控制、安全策略以及定位算法和理论等问题进行深入研究。最后形成适合复杂网络条件的完备定位理论。. 项目将（1）对无线传感器网络定位进行全面系统的分析，并形成完备的定位理论。定位算法的设计符合各类抽象，提高定位理论的应用范围；（2）对于应用环境中不能同时获得距离、角度信息或准确信息的定位问题的复杂度，进行全面阐述和系统分析；（3）确定定位问题可解的最低要求，分析出定位覆盖的充分必要条件，在定位过程中结合拓扑控制与安全策略，为复杂网络条件的定位算法研究提供理论极限。

主要研究内容包括：1、进行了WSN定位关键问题的研究，探索分析了一种改进定位算法Convex-CIS(Circle In Shadow)，为实现减少影响定位精度的无效区域，降低本项目以无线传感器网络的定位目标为核心,结合拓扑控制方法和安全策略,集中研究WSN定位的关键技术,解决定位复杂度、可定位性等热点问题，实现优化性能的定位算法。其重要的研究意义与应用价值表现为：1、本研究提出的定位理论，将成为无线传感器网络的定位问题分析、定位算法设计指导的关键工具，并把定位技术的研究从单纯的算法设计发展到形式化分析的新阶段。同时，使得定位算法的评估方式不再仅仅依赖模拟实验，严格的理论证明能够更加准确验证算法的准确性和有效性。2、在定位算法领域，本项目提出的新型定位算法很好的支持稀疏网络定位，也解决了传统的三边测量等方法的局限性，克服了网络稀疏、噪声干扰等带来的问题。未知节点的定位误差提进行了理论和仿真研究。2、提出了一种基于区域划分的分层链树路由方法，可有效降低了LEACH算法中节点之间采用单跳方式导致的长距离通信所产生的能耗。3、提出了一种移动P2P数据查询方法，从而减少无线移动网络中常有的响应延迟、稳定性差、数据丢失率高等问题,提高数据查询效率以及节省带宽和网络消耗。4、在减小无线传网络定位误差，提高定位覆盖率和定位精度方面开展研究。以上研究所取得的进展，对无线传感器网络定位研究的理论问题和实现过程的优化具有重要意义。具体体现在以下两个方面：第一，定位理论研究为稀疏网络定位算法研究提供了理论极限和节点数量的极限；第二，定位理论本身的结论可以作为定位算法设计提供重要的理论依据。