基于無線傳感器網絡的定位和跟蹤算法研究.pdf

1、集成了傳感器技術、微機電技術(MEMS)、無線通信技術和分布式信息處理技術的無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network，WSN)是一種全新的信息獲取和處理技術。無線傳感器網絡將邏輯上的信息世界與現實中的物理世界融合在一起，改變了人類與自然界的交互方式，是繼Internet之后將對21世紀人類生活方式產生重大影響的重要技術之一，在軍事、反恐、防暴、災難救援、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測和智能家居方面顯示了潛在的巨大應用前景。

2、r>　　 節(jié)點定位和目標跟蹤是無線傳感器網絡研究和應用的關鍵性問題，其中節(jié)點定位是目標跟蹤的基礎和前提條件。傳感器網絡的部署環(huán)境惡劣，節(jié)點的能量有限且不易更換，給節(jié)點定位和目標跟蹤帶來了很大的挑戰(zhàn)。為了設計出適合于無線傳感器網絡的節(jié)點定位算法和目標跟蹤算法，本文在分析了已有的定位機制和目標跟蹤機制的基礎上，從能量消耗、算法精度、算法魯棒性等方面對傳感器網絡中的節(jié)點定位問題和目標跟蹤開展了研究，主要內容包括以下幾個方面：
　　

3、(1)提出了一種基于距離校正的分布式無線傳感器網絡多維標度定位算法(DMDS-DC)。DMDS-DC算法中，網絡通過自適應搜索算法建立的局部定位區(qū)域(LPR)保證了相鄰LPR間的坐標轉換，有效地減少了網絡中的冗余公共節(jié)點。在每個局部定位區(qū)域內，簇頭節(jié)點通過幾何校正法(SPDCG)和權值調整校正法(SPDCWV)修正了節(jié)點間的最短路徑距離，并將SMACOF算法和經典MDS算法相結合來優(yōu)化節(jié)點的局部相對坐標。利用相鄰LPR間的公共節(jié)點信息以

4、及錨節(jié)點信息，DMDS-DC算法根據要求將網絡中所有節(jié)點的局部相對坐標轉換為全局相對坐標或絕對坐標。仿真結果表明，DMDS-DC算法的定位精度高、定位過程能耗小、擴展性好，特別是對非理想環(huán)境及非規(guī)則網絡拓撲具有良好的魯棒性。
　　 (2)提出了一種基于目標位置預測的分布式無線傳感器網絡目標跟蹤算法(PBD-ER)。PBD-ER算法中，提出了基于自相似技術的目標位置預測算法(PFSS)，相同條件下該算法能夠適應更多的目標運動模式。

5、在此基礎上，以盡量增加節(jié)點的休眠時間為原則，PBD-ER算法設計了基于動態(tài)喚醒簇(DWC)的目標跟蹤算法。當目標位置預測結果誤差較大或不能預測時，PBD-ER算法僅使用距離目標最近的節(jié)點對目標進行監(jiān)測。到達匯報時間后，利用DWC成員節(jié)點對目標的感知結果，簇頭節(jié)點使用DMDS-DC算法對目標進行定位。當目標發(fā)生丟失錯誤時，PBD-ER算法設計了一種三級目標恢復機制，通過逐步擴大激活節(jié)點的范圍來尋找目標。仿真結果表明，PBD-ER算法的目標

6、位置預測精度高、跟蹤過程中的節(jié)點能量消耗小、目標跟蹤誤差小，對目標跟蹤過程中的噪聲具有較強的魯棒性。
　　 (3)提出了一種基于簇結構的無線傳感器網絡事件邊界跟蹤算法(EBTAC)。EBTAC算法根據網絡中的簇結構將完整的事件邊界分割。在每個感知到事件的簇中，系統將該簇中的事件邊界節(jié)點與簇邊界節(jié)點圍成閉合圖形，利用基于代理(Agent)的邊界節(jié)點搜索算法(EBNSA)來搜尋事件邊界節(jié)點。代理節(jié)點沿著事件邊界運動，不與事件內部的節(jié)