無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容錯目標檢測算法研究.pdf

1、傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使得基于它們的新的應(yīng)用越來越多的涌現(xiàn)出來，目標跟蹤就是其中很有用途的應(yīng)用之一。目標跟蹤對于自然科學里面很多學科的研究，野生動植物研究以及軍事情報收集等領(lǐng)域的方法更新及效率改善都具有十分重大的意義。傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標跟蹤應(yīng)用中，目標檢測是跟蹤系統(tǒng)進行后續(xù)定位、跟蹤等任務(wù)的前提和基礎(chǔ)。現(xiàn)有的目標跟蹤算法在目標偵測階段很少考慮網(wǎng)絡(luò)中錯誤節(jié)點的存在，而忽略了網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。然而，在實際應(yīng)用中，由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作環(huán)境惡劣加之節(jié)點自身

2、故障的影響，往往會導致某些節(jié)點失效或出錯。而拜占庭錯誤節(jié)點的出現(xiàn)會導致錯誤節(jié)點在信息交換過程中隨機亂發(fā)信息，令其它正常節(jié)點由于獲得不準確的目標信息而產(chǎn)生錯誤的判決結(jié)果，進而影響目標的定位與跟蹤。因此，容錯處理成為傳感器網(wǎng)絡(luò)目標檢測算法中一個重要的問題。 本文首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念、特點、面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)及其應(yīng)用范圍，分析了現(xiàn)有的目標定位及跟蹤算法及其存在的問題，進而引出深入研究拜占庭錯誤背景下容錯目標檢測算法的必要性。

3、 接著論文對現(xiàn)有的容錯目標檢測算法進行了分析比較。在值融合容錯目標檢測VFA算法中，正常節(jié)點將通過OM算法獲得一組相同的觀測值序列，通過舍棄序列中的n個最大及最小觀測值，并對余下的觀測值取平均，之后與門限值相比較做出判決以達到一致和容錯檢測的目的。然而在實際應(yīng)用中，如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，節(jié)點個數(shù)較多，大規(guī)模執(zhí)行OM算法將給系統(tǒng)帶來巨大的通信壓力，從而影響網(wǎng)絡(luò)壽命。因此如何確定數(shù)據(jù)融合過程中參與OM算法的節(jié)點個數(shù)是值融合目標容錯檢測算法需

4、要解決的關(guān)鍵問題。節(jié)點個數(shù)過多將增大能耗，降低網(wǎng)絡(luò)壽命；節(jié)點個數(shù)偏少又可能因為沒有全面、準確的獲得目標特征信息而導致錯誤的目標檢測結(jié)果。分層拜占庭容錯目標檢測HBA算法通過節(jié)點分層次、逐分組、小規(guī)模地多次執(zhí)行SM算法，能夠在一定程度上減少無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在目標檢測過程中的通信量。但HBA算法存在著通信輪數(shù)較多，檢測時延較大等問題，不能滿足實時性要求較高的目標檢測應(yīng)用。 本文在HBA算法和VFA算法的基礎(chǔ)上，提出了分層值融合算法HV

5、FA。類似于HBA算法，HVFA算法首先也將網(wǎng)絡(luò)中所有的傳感器節(jié)點分為若干小組，并在每個小組中選擇一個節(jié)點作為小組頭節(jié)點，且相鄰子組之間通過共享節(jié)點來糾正錯誤；但與HBA算法不同之處在于，HVFA算法只在各個小組頭節(jié)點之間及相鄰子組的共享節(jié)點間執(zhí)行SM算法，子組成員節(jié)點間并不執(zhí)行SM算法。因此，HVFA算法的通信輪數(shù)要比HBA算法低得多。理論分析和仿真結(jié)果表明，與VFA算法相比，HVFA算法在少量增加處理時延的基礎(chǔ)上，可以大幅度降低目標

6、檢測過程能耗，且在分組數(shù)足夠多時，分層值融合方案可以獲得接近值融合算法的檢測性能。研究表明，HVFA算法能夠滿足實時性要求不高的目標檢測需求。 針對多目標檢測問題，論文在分析值融合算法中的極值選取問題的基礎(chǔ)上，分析了一類基于中值的容錯多目標檢測算法：以鄰居節(jié)點觀測值的中間值來近似估計節(jié)點的本地觀測值，之后與門限值相比較做出目標檢測判決。研究表明，基于中值的容錯多目標檢測算法與VFA值融合算法相比，數(shù)據(jù)融合規(guī)模較小，能夠有效地降低