RARE：能量高效的目標跟蹤協(xié)議.pdf

1、無線傳感器由于具有良好的監(jiān)測能力，提供了巨大的潛力來監(jiān)測和了解我們的環(huán)境。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，例如軍事和商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。目標跟蹤是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一項基本應(yīng)用，設(shè)計一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的目標跟蹤協(xié)議需要考慮到許多問題，包括單目標或者多目標跟蹤問題；網(wǎng)絡(luò)中使用的節(jié)點類型問題，即網(wǎng)絡(luò)是同構(gòu)還是異構(gòu)的；使用預(yù)測還是非預(yù)測的目標跟蹤方案；能量高效問題等。 作為目標跟蹤方案設(shè)計的目標，希望目標跟蹤協(xié)議在能夠準確的跟蹤

2、目標的同時，也具有能量的高效性。我們的研究是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標跟蹤的數(shù)據(jù)兩個方面來考慮的：低質(zhì)量數(shù)據(jù)和重復(fù)或者冗余的數(shù)據(jù)?？紤]到低質(zhì)量的數(shù)據(jù)，噪聲會影響從目標那里接收到的信號，并且目標到傳感器間的距離增加，信號中的噪聲也會增加。如果能夠限制低質(zhì)量的數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，只獲取目標跟蹤中的高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，例如，只得到距離目標近的噪聲小的數(shù)據(jù)，就能夠根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量限制參與目標跟蹤的傳感器數(shù)目，節(jié)省能量消耗；二是在隨機分布的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器的感

3、應(yīng)區(qū)域存在重疊的概率很高。因此減少大量的重復(fù)或者冗余的數(shù)據(jù)被發(fā)送到了簇頭從而節(jié)省了能量。 本論文提出的能量高效的目標跟蹤協(xié)議使用了兩個能量高效算法：RARE-Area(Reduced Area REporting)算法是針對低質(zhì)量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生問題，和RARE-Node算法(Reduction of Active Node REdundancy)，則是針對冗余或者重復(fù)數(shù)據(jù)的問題。 RARE-Area限制了參與跟蹤的傳感器數(shù)目

4、，只允許能產(chǎn)生一定質(zhì)量的數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點才能參與目標的跟蹤。具體做法是，當一個傳感器節(jié)點監(jiān)測到移動目標，立即運行RARE-Area算法并為數(shù)據(jù)計算一個權(quán)值W，如果計算的權(quán)值W≥Wu，其中Wu是門限值，傳感器節(jié)點才加入?yún)⑴c跟蹤移動目標。在計算傳感器數(shù)據(jù)的權(quán)值時，需要考慮兩個因素：目標的距離因子ad，目標的運動因子am。 目標的距離子ad使用目標的距離來判斷監(jiān)測目標所接收的信號質(zhì)量，將ad和目標的距離之間的關(guān)系映射為零平均高斯分布。

5、傳感器節(jié)點與目標之間的距離越遠，數(shù)據(jù)的質(zhì)量越低，從而距離因素值ad越小。 目標的運動因素值am(m,s)則是依據(jù)移動目標的移動狀態(tài)來控制數(shù)據(jù)發(fā)送的頻率和權(quán)值設(shè)置的的效率。運動狀態(tài)因素使得我們能夠根據(jù)目標的運動狀態(tài)改變向簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率當靜止在傳感器節(jié)點的感應(yīng)范圍內(nèi)。根據(jù)目標狀態(tài)特征論文中修改向簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率，例如，當目標處于靜態(tài)的時候減少頻率，當目標處于運動的時候增加頻率。 RARE-Node算法減少了向上發(fā)送給簇

6、頭的冗余數(shù)據(jù)量；該算法通過考慮相鄰的參與目標跟蹤節(jié)點問的空間關(guān)系，如果目標在兩個或者多個傳感器節(jié)點的交叉區(qū)域，就只將一個高質(zhì)量的數(shù)據(jù)向上發(fā)送給簇頭節(jié)點，從而避免了將冗余的數(shù)據(jù)發(fā)送給簇頭。 本論文的協(xié)議通過減少參與目標跟蹤的節(jié)點數(shù)目，發(fā)送給簇頭節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸頻率，網(wǎng)絡(luò)中冗余數(shù)據(jù)的數(shù)量，來達到節(jié)能的目的。通過模擬結(jié)果表明，同時使用兩個算法，并且采用一個比較低的權(quán)值門限Wu即Wu<=0.3，由于能量的節(jié)省使得網(wǎng)絡(luò)壽命延長近35％，并且