基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位和跟蹤算法研究.pdf

1、集成了傳感器技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)(MEMS)、無線通信技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將邏輯上的信息世界與現(xiàn)實(shí)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(jì)人類生活方式產(chǎn)生重大影響的重要技術(shù)之一，在軍事、反恐、防暴、災(zāi)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(yīng)用前景。

2、r>　　 節(jié)點(diǎn)定位和目標(biāo)跟蹤是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究和應(yīng)用的關(guān)鍵性問題，其中節(jié)點(diǎn)定位是目標(biāo)跟蹤的基礎(chǔ)和前提條件。傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署環(huán)境惡劣，節(jié)點(diǎn)的能量有限且不易更換，給節(jié)點(diǎn)定位和目標(biāo)跟蹤帶來了很大的挑戰(zhàn)。為了設(shè)計(jì)出適合于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位算法和目標(biāo)跟蹤算法，本文在分析了已有的定位機(jī)制和目標(biāo)跟蹤機(jī)制的基礎(chǔ)上，從能量消耗、算法精度、算法魯棒性等方面對傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)定位問題和目標(biāo)跟蹤開展了研究，主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)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(wǎng)絡(luò)多維標(biāo)度定位算法(DMDS-DC)。DMDS-DC算法中，網(wǎng)絡(luò)通過自適應(yīng)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(biāo)轉(zhuǎn)換，有效地減少了網(wǎng)絡(luò)中的冗余公共節(jié)點(diǎn)。在每個(gè)局部定位區(qū)域內(nèi)，簇頭節(jié)點(diǎn)通過幾何校正法(SPDCG)和權(quán)值調(diào)整校正法(SPDCWV)修正了節(jié)點(diǎn)間的最短路徑距離，并將SMACOF算法和經(jīng)典MDS算法相結(jié)合來優(yōu)化節(jié)點(diǎn)的局部相對坐標(biāo)。利用相鄰LPR間的公共節(jié)點(diǎn)信息以

4、及錨節(jié)點(diǎn)信息，DMDS-DC算法根據(jù)要求將網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的局部相對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為全局相對坐標(biāo)或絕對坐標(biāo)。仿真結(jié)果表明，DMDS-DC算法的定位精度高、定位過程能耗小、擴(kuò)展性好，特別是對非理想環(huán)境及非規(guī)則網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂辛己玫聂敯粜浴?br>　　 (2)提出了一種基于目標(biāo)位置預(yù)測的分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤算法(PBD-ER)。PBD-ER算法中，提出了基于自相似技術(shù)的目標(biāo)位置預(yù)測算法(PFSS)，相同條件下該算法能夠適應(yīng)更多的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模式。

5、在此基礎(chǔ)上，以盡量增加節(jié)點(diǎn)的休眠時(shí)間為原則，PBD-ER算法設(shè)計(jì)了基于動(dòng)態(tài)喚醒簇(DWC)的目標(biāo)跟蹤算法。當(dāng)目標(biāo)位置預(yù)測結(jié)果誤差較大或不能預(yù)測時(shí)，PBD-ER算法僅使用距離目標(biāo)最近的節(jié)點(diǎn)對目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。到達(dá)匯報(bào)時(shí)間后，利用DWC成員節(jié)點(diǎn)對目標(biāo)的感知結(jié)果，簇頭節(jié)點(diǎn)使用DMDS-DC算法對目標(biāo)進(jìn)行定位。當(dāng)目標(biāo)發(fā)生丟失錯(cuò)誤時(shí)，PBD-ER算法設(shè)計(jì)了一種三級目標(biāo)恢復(fù)機(jī)制，通過逐步擴(kuò)大激活節(jié)點(diǎn)的范圍來尋找目標(biāo)。仿真結(jié)果表明，PBD-ER算法的目標(biāo)

6、位置預(yù)測精度高、跟蹤過程中的節(jié)點(diǎn)能量消耗小、目標(biāo)跟蹤誤差小，對目標(biāo)跟蹤過程中的噪聲具有較強(qiáng)的魯棒性。
　　 (3)提出了一種基于簇結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)事件邊界跟蹤算法(EBTAC)。EBTAC算法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的簇結(jié)構(gòu)將完整的事件邊界分割。在每個(gè)感知到事件的簇中，系統(tǒng)將該簇中的事件邊界節(jié)點(diǎn)與簇邊界節(jié)點(diǎn)圍成閉合圖形，利用基于代理(Agent)的邊界節(jié)點(diǎn)搜索算法(EBNSA)來搜尋事件邊界節(jié)點(diǎn)。代理節(jié)點(diǎn)沿著事件邊界運(yùn)動(dòng)，不與事件內(nèi)部的節(jié)