大规模无线传感器网络定位误差分析及优化方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41401519
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0114.地理信息学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Due to cost constraints, a large-scale wireless sensor network (WSN) normally consists of a mass of cheap sensor nodes and a small portion of anchor nodes with known locations, and obtain inter-node distance estimates based on RSS (Received Signal Strength) measurements, which significantly restricts the performance of localization algorithms. Hence, localization in large-scale WSNs has become an attractive research topic in the field of WSNs. This project will deal with the mechanism of sensor localization in large-scale WSNs, establish the scaling laws of and the propagation rule of multihop sensor localization errors, and then reveal intrinsic mechanism of as well as the propagation rule of multihop localization errors. And on this basis, by investigating the influence of anchor placement on localization accuracy, the dependency between the optimal anchor placement and the density of sensor nodes is demonstrated, and further, the optimal algorithm for placing anchors is presented. After carefully studying the key parts of distributed localization algorithms, including estimating inter-node distances based on RSS, localizing a single sensor node and flooding messages from anchor nodes, a systematic optimization framework is taken into consideration based on information fusion and graph theory, with the result that an energy-efficient distributed localization algorithm is proposed to restrict the propagation of localization errors. As a result, the outcomes of this project are helpful to the error theory of multihop localization in large-scale WSNs and provide theoretical guidance and practical methods for developing and deploying large-scale WSNs.
受成本因素的限制,大规模无线传感器网络通常由大量廉价节点和少量位置已知的锚点组成,并采用基于RSS(Received Signal Strength)测距方法,严重制约了定位算法的性能,已成为该研究领域亟待解决的关键问题。本项目将通过分析大规模无线传感器网络的定位机制,建立多跳定位误差的标度率及误差传播公式,从而揭示多跳定位误差的形成机理和传播规律;探索锚点位置对定位精度的影响规律,揭示锚点最优部署位置与节点密度的依赖关系,进而研究基于随机网络模型的锚点部署优化算法;深入分析分布式定位涉及的RSS测距、单个节点定位和洪泛广播三个关键环节,采用信息融合和图论等方法研究面向大规模无线传感器网络的多层次定位性能优化方法,形成具有节能和误差传播抑制功能的分布式定位算法。本项目的研究成果有利于完善多跳定位的误差理论,并为开发和部署大规模无线传感器网络提供理论指导和实用方法。

结项摘要

大规模无线传感器网络通常由许多能量受限的廉价节点和少量位置已知的锚点组成,并采用基于RSS(Received Signal Strength)的节点间测距方法实现节点定位。本项目旨在研究并解决大规模无线传感器网络中无专用设备的节点定位方法所面临的精度有限、通信代价高的难题。..首先,研究了大规模无线传感器网络中节点定位误差的传播规律。通过引入随机网络模型,建立了节点多跳定位的误差模型,揭示了定位结果的均方根误差随着距离锚点的最小跳数增大而线性增加,并随着网络中节点密度的增大而减小。基于CRLB(Cramer-Rao Lower Bound)和三边定位算法的大量仿真实验验证了以上结论。该研究从理论上揭示了节点定位误差传播的基本规律,可用于评估节点位置估计的可靠性,有助于开发大规模无线传感器网络应用。..其次,利用基于距离相关噪音模型的单跳节点定位场景,探究大规模传感器网络中多跳定位场景中锚点的最优部署策略。利用FIM(Fisher Information Matrix)行列式作为评价度量标准,建立了锚点最优部署的充分必要条件,以及在随机网络模型中锚点最优部署的必要条件。该研究不仅具有坚实的理论基础,而且具有较强的实用性,有助于指导在大规模无线传感器网络中部署锚点。..再次,根据节点间的RSS和邻接信息,采用MLE(Maximum Likelihood Estimator)实现了一种RSS测距校正方法,并给出了相应的CRLB,并通过仿真和真实数据验证提出方法的有效性。该方法提高了无专用设备的节点测距精度,有助于推动各种依赖于节点间距离的传感器网络应用。..最后,提出了基于FIM的锚点洪范控制策略,结合前述的RSS测距校正算法,实现了一个改进的大规模传感器网络节点定位算法。仿真实验表明该方法在定位精度和通信能耗两个方面均优于已有算法。该方法对于设计和部署大规模无线传感器网络具有重要的指导意义。..综上所述,本项目的研究成果有利于完善大规模无线传感器网络中多跳定位的误差理论,并为开发和部署大规模无线传感器网络及相关应用提供了重要的理论指导和实用方法。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(7)
专利数量(0)
TDOA-Based Source Localization With Distance-Dependent Noises
基于 TDOA 的具有距离相关噪声的源定位
  • DOI:
    10.1109/twc.2014.2351798
  • 发表时间:
    2015-01-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Huang, Baoqi;Xie, Lihua;Yang, Zai
  • 通讯作者:
    Yang, Zai
Shape matching algorithm based on shape contexts
基于形状上下文的形状匹配算法
  • DOI:
    10.1049/iet-cvi.2014.0159
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    IET Computer Vision
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Zhao Long;Peng Qiangqiang;Huang Baoqi
  • 通讯作者:
    Huang Baoqi
A Robust Indoor Positioning System Based on the Procrustes Analysis and Weighted Extreme Learning Machine
基于Procrustes分析和加权极限学习机的鲁棒室内定位系统
  • DOI:
    10.1109/twc.2015.2487963
  • 发表时间:
    2016-02
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Wireless Communications
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Zou Han;Huang Baoqi;Jiang Hao;Lu Xiaoxuan;Xie Lihua
  • 通讯作者:
    Xie Lihua
A Novel Terrain-Aided Navigation Algorithm Combined With the TERCOM Algorithm and Particle Filter
一种结合TERCOM算法和粒子滤波器的新型地形辅助导航算法
  • DOI:
    10.1109/jsen.2014.2360916
  • 发表时间:
    2015-02
  • 期刊:
    IEEE Sensors Journal
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Zhao Long;Gao Nan;Huang Baoqi;Wang Qingyun;Zhou Jianhua
  • 通讯作者:
    Zhou Jianhua

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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