基于传送树的无线传感器网络移动目标定位跟踪技术研究

论文摘要

随着通信技术、嵌入式技术、微机电系统、传感器技术的迅速发展,具有一定感知能力、计算能力和通信能力的无线传感器开始出现。无线传感器网络(WSN)能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,再传送到需要这些信息的用户。目标跟踪在军事和民用领域应用广泛,应用无线传感器网络的移动目标定位和跟踪技术更是目前研究的热点。如何提高移动目标的定位和跟踪准确度、改善无线传感器网络的能量有效性是无线传感器网络的移动目标定位和跟踪研究的关键技术。目标定位是实现移动目标跟踪的前提和基础。论文首先详细介绍了常用的几种目标定位算法,并进行了分类比较。论文在质心定位算法的基础上,通过引入接收信号强度作为加权因子,提出了一类基于加权处理的改进质心定位算法,仿真结果表明,修正后的质心定位算法在定位精度方面有了明显的改善。此外,论文通过对现有定位算法的分析,提出了一种基于垂线的协作定位算法。相关分析表明,作为一类简化的定位算法,基于垂线的协作定位算法只需要简单的计算,以较低的复杂度即可实现较高的定位精度,能够满足一般目标定位的需要。接着,论文讨论了目标跟踪研究的价值和意义,分析了基于无线传感器网络的目标跟踪的研究现状,并对当前比较有影响力的几种目标跟踪算法进行了分析和比较。论文着重讨论了基于传送树的跟踪算法(DCTC)。传送树是一种由目标附近的节点组成的动态树型结构,并且会随着目标的移动动态地添加或删除一些节点。移动目标附近的节点通过传送树结构进行协作跟踪,在保证对目标进行高效跟踪的同时尽可能地减少节点间的开销。论文在OPNET平台上实现了对传送树算法的仿真建模,相关仿真验证了结合修正质心定位算法和基于垂线的协作定位算法的跟踪树算法在移动目标跟踪中的有效性。论文在对传送树的能量模型分析的基础上,通过对传感器节点的监测半径实行动态控制,对现有传送树算法进行改进。相关仿真研究表明,优化后的传送树算法能够在保证目标跟踪顺利进行的前提下,有效地降低网络能耗,从而改善现有传送树算法的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 无线传感器网络概述
• 1.1.1 无线传感器网络的特点
• 1.1.2 无线传感器网络的限制
• 1.1.3 无线传感器网络的应用
• 1.2 目标跟踪问题
• 1.2.1 目标跟踪问题概述
• 1.2.2 跟踪步骤
• 1.2.3 目标定位跟踪算法的研究动向
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 论文结构和章节安排
• 第2章 无线传感器目标定位算法
• 2.1 目标定位算法分类
• 2.1.1 基于距离的定位方法
• 2.1.2 基于距离无关的定位
• 2.1.3 两类定位算法的比较
• 2.2 修正质心定位算法
• 2.3 垂线定位算法
• 2.3.1 能量模型
• 2.3.2 定位模型
• 2.4 定位算法仿真及性能分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 无线传感器目标跟踪问题
• 3.1 无线传感器网络目标跟踪概述
• 3.2 无线传感器网络的目标跟踪算法
• 3.3 传送树跟踪算法
• 3.3.1 传送树跟踪算法概述
• 3.3.2 构造传送树的具体步骤
• 3.4 基于OPNET的传送树算法仿真建模
• 3.4.1 OPNET仿真工具简介
• 3.4.2 传送树的仿真建模
• 3.4.3 基于传送树的目标定位仿真验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 传送树算法的能量有效性改进方法
• 4.1 传送树算法的能耗分析
• 4.1.1 能量消耗模型
• 4.1.2 传送树能耗分析
• 4.2 基于动态感知范围调整的改进传送树算法
• 4.3 仿真结果及性能分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文的工作总结
• 5.2 研究工作存在的问题分析
• 5.3 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间完成的论文和参与的科研项目