基于无线传感器网络的能量高效目标跟踪的研究与设计

论文摘要

基于无线传感器网络的目标跟踪是通过无线传感器网络的传感器节点间对目标的协作定位,来掌握目标的位置、速度、移动轨迹等信息。它是无线传感器网络的一项基本功能,也是无线传感器网络的一种典型应用,具有很深的理论研究价值,同时在战场、交通等领域有着很广的实际应用价值。目前,针对基于无线传感器网络的目标跟踪的算法设计绝大多数局限于目标跟踪所属的应用层进行设计,而忽略了传感器节点硬件结构和网络协议栈等底层因素,缺乏对于一项具体应用从整体上的把握。因此,尽管这些算法能在能量效率、跟踪反应的实时性能达到很好的性能要求,但是这种局限的算法设计对传感器节点和网络协议等底层设施提出了非常苛刻的要求。同样的,在拓扑结构,路由协议,时间同步等方面很多算法都从单一的层面上追求能量效率、鲁帮性等要求,而缺乏对系统整体的考虑。本文针对基于无线传感器网络的目标跟踪,在网络拓扑结构、路由协议、时间同步以及目标跟踪四个方面,从整体上进行研究并设计了适用的算法。因此,本文根据目标跟踪的无线传感器网络的特点,在拓扑结构上从已有算法的基础上进行修改、整合,设计成一个能快速、稳定产生簇头的GAF算法;而在路由协议方面,本文把执行路由协议的角色定位在由拓扑控制过程中产生的虚拟单元格上,降低了路由协议与传感器节点的耦合度;在时间同步上,利用路由初始化时生成的层次结构和目标跟踪的数据传输特性,对已有的TPSN时间同步算法作简化处理;在目标跟踪的应用层上,则引入了Agent技术,利用Agent的分布式计算、移动性等特点,实现在目标跟踪过程中,对节点的高效管理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络概述
• 1.1.1 无线传感器网络结构
• 1.1.2 无线传感器节点系统结构
• 1.2 目标跟踪
• 1.3 本文主要工作及安排
• 第二章 快速收敛GAF 簇头选举
• 2.1 网络拓扑控制
• 2.2 GAF 及改进算法
• 2.2.1 完全簇头选择算法
• 2.2.2 随机簇头选择算法
• 2.3 快速收敛GAF 簇头选举算法
• 2.3.1 GAF 算法分析
• 2.3.2 快速收敛GAF 簇头选举算法消息包
• 2.3.3 快速收敛GAF 簇头选举算法流程
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于虚拟单元格的地理路由
• 3.1 网络路由
• 3.2 GEAR 路由协议
• 3.3 基于虚拟单元格的地理路由协议
• 3.3.1 基于虚拟单元格的地理路由
• 3.3.2 建立路由层次结构
• 3.3.3 GVCR 数据转发
• 3.4 本章小结
• 第四章 精简TPSN 时间同步
• 4.1 时间同步
• 4.2 TPSN 时间同步协议
• 4.3 精简TPSN 时间同步协议
• 4.3.1 TPSN 时间同步协议分析
• 4.3.2 TPSN 消息包格式
• 4.3.3 精简TPSN 时间同步流程
• 4.4 本章小结
• 第五章 Multi-Agent 目标跟踪
• 5.1 定位技术
• 5.1.1 三边测量法
• 5.1.2 三角测量法
• 5.1.3 极大似然估计法
• 5.2 基于无线传感器网络的目标跟踪
• 5.3 Multi-Agent 目标跟踪算法
• 5.3.1 侦听目标
• 5.3.2 部署Multi-Agent
• 5.3.3 Multi-Agent 对目标进行跟踪
• 5.3.4 跟踪结束
• 5.4 本章小结
• 第六章 系统仿真与分析
• 6.1 仿真模型
• 6.1.1 节点模型
• 6.1.2 网络模型
• 6.2 性能分析
• 6.2.1 能量使用
• 6.2.2 系统稳定性
• 6.2.3 扩展性
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结与研究展望
• 7.1 总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 致谢