移动传感器网络中移动目标跟踪策略研究与实现

论文摘要

随着传感技术、通信技术和计算机技术的飞速发展以及微型机电系统的日益成熟与完善,无线传感器网络已广泛应用到许多领域。传感器网络的覆盖问题是无线传感器网络研究和应用的关键性基础问题,是其他研究的基础,直接影响着传感器网络的使用性能。目标跟踪是无线传感器网络的一个比较重要的应用,如何对目标进行更加全面,更加准确的检测,同时尽可能的减少传感器节点的能量消耗,延长网络的生存期是目标跟踪问题主要的研究方向。为了使利用传感器节点进行目标跟踪时,能够更加全面,更加准确的检测目标的状态,需要网络的覆盖达到一定的程度,这样才能保证当目标在检测区域中移动时,都有足够的传感器节点可以检测到目标,而通过增加节点的数量的方法提高覆盖程度并不是一个好方法,因为节点数量过多不但会产生过多的冗余信息,增加网络能量的浪费,而且如果某些节点由于能量耗尽而失效时,同样会降低网络的覆盖程度,这样就要设计一种即可以提高网络的覆盖程度又不会浪费太多的能量的覆盖策略。在目标跟踪过程中,能量大多消耗在构建数据的传输路由和数据的传输过程中,为了减少这些能量的消耗,就要设计一种可以比较合理的建立路由与数据传输的策略。本文首先回顾了无线传感器网络中已有的能量有效的路由策略以及区域覆盖和目标跟踪的一些相关技术,然后给出了本文所要研究问题的定义。针对移动传感器网络中节点自由分布时网络覆盖率低下的问题,研究了达到对监测区域完全覆盖时的节点最优分布情况,提出了一种能够利用节点的可移动性,在使用尽可能少的节点和尽量节省能量的前提下,近似实现这种完全覆盖的节点的重定位策略。通过分析目标跟踪过程能量消耗的特点,提出了一种基于目标移动轨迹的树形结构的路由建立与数据收集策略,并且通过交换的建立单树与双树,大大的降低了目标跟踪的能量消耗。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 问题的提出
• 1.3 本文工作
• 1.4 本文的组织结构
• 第2章 相关工作
• 2.1 无线传感器网络中能量有效的路由策略
• 2.1.1 协商路由协议
• 2.1.2 低功耗自适应聚类路由算法
• 2.1.3 定向扩散路由算法
• 2.1.4 谣传路由算法
• 2.1.5 基于地理位置信息的路由协议
• 2.2 目标跟踪相关技术
• 2.2.1 单目标跟踪
• 2.2.2 多目标跟踪技术
• 2.2.3 基于传送树的目标跟踪技术
• 2.3 移动传感器网络中的区域覆盖技术
• 2.3.1 基于虚拟力的覆盖算法
• 2.3.2 基于Voronoi图的覆盖算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 问题定义和相关假设
• 3.1 相关假设
• 3.2 基于节点重定位的目标跟踪问题定义
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于理想覆盖的节点重定位策略
• 4.1 理想覆盖的理论基础
• 4.2 节点重定位策略的实现
• 4.2.1 监测区域的分割
• 4.2.2 节点目标位置的确定
• 4.2.3 节点分配与重定位
• 4.3 本章小结
• 第5章 基于轨迹估计的目标跟踪策略
• 5.1 传送树结构的构造
• 5.2 传送树的重建
• 5.2.1 双树到单树的转换
• 5.2.2 单树到双树的转换
• 5.3 本章小结
• 第6章 实验与分析
• 6.1 测试平台
• 6.2 基于理想覆盖的传感器节点重定位实验
• 6.2.1 覆盖程度
• 6.2.2 覆盖效率
• 6.2.3 平均移动距离
• 6.3 目标跟踪实验与分析
• 6.3.1 能量模型
• 6.3.2 网络中节点密度的影响
• 6.3.3 树重建间隔距离的影响
• 6.3.4 数据消息与控制消息大小的影响
• 6.3.5 目标所在监测区域半径大小的影响
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻硕期间参加的项目及发表的论文