基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式定位跟蹤系統(tǒng).pdf

1、作為一種新興的IT熱點(diǎn)技術(shù)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事與民用諸多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。目標(biāo)跟蹤是它最具代表性和挑戰(zhàn)性的應(yīng)用。目標(biāo)跟蹤的極端復(fù)雜性與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能力相對(duì)不足形成矛盾。分布式是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)特征，也是解決這對(duì)矛盾的有力武器。通過(guò)鄰域節(jié)點(diǎn)間的協(xié)同工作，克服單個(gè)節(jié)點(diǎn)的能力不足，從而滿(mǎn)足目標(biāo)跟蹤的應(yīng)用需求。本學(xué)位論文研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤的基本理論、關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 首先，鑒于網(wǎng)絡(luò)覆蓋是目標(biāo)跟蹤的重要前提，

2、本文研究任意給定節(jié)點(diǎn)分布下的網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量度量方法，特別是面向目標(biāo)跟蹤的“路徑曝光”度量方法。提出了面向區(qū)域覆蓋的Grid Scan算法，并將之?dāng)U展到柵欄覆蓋。進(jìn)一步，分別針對(duì)區(qū)域覆蓋與柵欄覆蓋，提出旨在改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量的貪婪式節(jié)點(diǎn)再部署方法。 本文按照測(cè)距、定位、跟蹤依次遞進(jìn)的邏輯展開(kāi)目標(biāo)跟蹤研究。在分析現(xiàn)有聲音測(cè)距方法誤差來(lái)源的基礎(chǔ)上，提出基于聲源端時(shí)延消除與頻率檢測(cè)的兩種測(cè)距方法：SDE-FD-TDoA與SDE-ToA<'2

3、>，其中前者基于單向TDoA，后者基于雙向ToA平均。前者的準(zhǔn)確度較高，而后者無(wú)需節(jié)點(diǎn)間時(shí)間同步。雖然基于測(cè)距的定位方法有定位精度高、定位算法簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但是它在可擴(kuò)展性、硬件成本、方向性等方面存在不足，因此本文繼續(xù)研究了基于射頻信號(hào)的免測(cè)距定位方法，提出基于射頻信號(hào)強(qiáng)度與連接性的加權(quán)質(zhì)心定位方法W-Centroid，它具有簡(jiǎn)單易行、擴(kuò)展性好、硬件成本低等優(yōu)點(diǎn)，且定位精度可以接受。 接著，著眼于室外環(huán)境，提出基于射頻信號(hào)的分布式

4、目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)Nemo-Track。隨著目標(biāo)的移動(dòng)，目標(biāo)附近的節(jié)點(diǎn)通過(guò)首領(lǐng)選舉，自發(fā)地形成動(dòng)態(tài)跟蹤組，負(fù)責(zé)目標(biāo)的定位；而遠(yuǎn)離目標(biāo)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而有效地延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。首領(lǐng)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行著微數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)與管理成員節(jié)點(diǎn)匯報(bào)的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)庫(kù)具有較高的時(shí)間效率與空間效率，適用于應(yīng)對(duì)多成員節(jié)點(diǎn)同時(shí)向首領(lǐng)匯報(bào)引起的“匯報(bào)風(fēng)暴”問(wèn)題。基于節(jié)點(diǎn)的匯報(bào)數(shù)據(jù)，首領(lǐng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)聚合，即使用加權(quán)質(zhì)心定位算法進(jìn)行目標(biāo)位置估計(jì)，有效降低網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸量。為了將首

5、領(lǐng)節(jié)點(diǎn)的位置估計(jì)可靠地傳輸?shù)交?，設(shè)計(jì)了基于最小代價(jià)樹(shù)和本地父節(jié)點(diǎn)切換的可靠多跳路由協(xié)議?；诔跏嘉恢霉烙?jì)，基站使用Kalman濾波器濾去噪聲，獲得平滑的目標(biāo)軌跡。NemoTrack具有可擴(kuò)展性好、無(wú)需額外硬件、低能耗設(shè)計(jì)等特點(diǎn)。最后，著眼于室內(nèi)環(huán)境，提出基于射頻信號(hào)的分布式室內(nèi)定位系統(tǒng)iN-emo。系統(tǒng)具有分層定位的特點(diǎn)，提供房間級(jí)區(qū)分與隔間級(jí)定位兩層次精度。系統(tǒng)通過(guò)鄰居參考節(jié)點(diǎn)間的交互，自動(dòng)建立本地的信號(hào)強(qiáng)度地圖，與傳統(tǒng)室內(nèi)定位系統(tǒng)