WSNs中能量有效的移动目标追踪算法的研究

论文摘要

近几年随着无线传感器节点向着体积小、低价格和智能化的方向发展,无线传感器网络在远程环境监控和目标追踪等方面有着重要的应用。这些传感器节点装有可以与其他节点通信的无线接口,通过这些节点之间的相互合作形成一个网络。无线传感器网络的设计很大程度上取决于传感器网络的应用,而且必须考虑到其他因素,例如环境因素、成本、应用的设计目标、硬件结构和系统限制等。由于无线传感器网络比其他网络具有灵活、易管理等优点,无线传感器网络在许多方面都可以得到应用,例如军事领域、医疗领域、环境监控领域等。在对移动目标的追踪方面,无线传感器网络能够利用本身的优势完成对移动目标的追踪。为了节省网络的能量,对移动目标的追踪可以分为对移动目标轨迹的预测和对移动目标的跟踪定位。为了完成对移动目标轨迹的预测,国内外学者提出了很多方法,例如粒子滤波、卡尔曼滤波、高斯混合模型、轨迹拟合等方法,通过对移动目标的历史轨迹的采集和分析,预测出移动目标未来可能出现的位置,然后通过提前唤醒预测位置附近的传感器节点来完成对移动目标的追踪任务。当某些节点感应到移动目标出现时,它们会通过相互通信来完成对移动节点的监测,然后利用某些定位算法完成对移动节点的定位。本文主要从两方面对无线传感器网络中移动目标的追踪进行讨论。首先,讨论了能够应用于无线传感器网络中的预测技术,总结了卡尔曼滤波、粒子滤波和高斯混合模型等关键技术。本文通过利用高斯混合模型对移动目标轨迹进行预测,得到移动目标下一时刻的位置结合移动目标运动的方向和速度,得到了合理的唤醒区域。当移动目标移动时,通过提前唤醒区域中的传感器节点来完成对移动目标的追踪。其次,从能量有效性方面考虑对唤醒区域中的节点进行进一步的筛选,利用较少数量的节点完成追踪任务。最后,作者在NS2平台上对本文提出的方法进行了仿真来证明本文提出方法的有效性。通过仿真结果可知,本文提出的方法有一定的实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 课题来源
• 1.3 本文主要研究内容及章节安排
• 2 移动目标追踪技术
• 2.1 移动目标追踪算法的研究
• 2.1.1 研究的背景和意义
• 2.1.2 目标追踪的关键技术分析
• 2.1.3 国内外研究现状
• 2.2 移动目标跟踪预测算法的研究
• 2.2.1 移动目标跟踪预测的关键技术分析
• 2.2.2 国内外研究现状
• 2.3 能量有效方法的研究
• 3 基于GMM的无线传感器网络中的目标追踪技术
• 3.1 高斯混合模型发展现状
• 3.2 高斯混合模型
• 3.3 模型选择
• 3.4 夹角估计方法
• 3.5 唤醒半径
• 3.6 实验结果分析
• 4 无线传感器网络中的能量有效方法
• 4.1 能量有效方法
• 4.2 GMTT算法优化
• 4.3 实验结果分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢