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无线传感器网络目标跟踪系统中的关键技术研究

肖硕  
【摘要】: 具有自组织和高冗余特性的无线传感器网络适用于移动目标跟踪,但是无线传感器节点存在能量有限、计算能力低、通信距离短的局限性,为解决这些缺陷,开展无线传感器网络目标跟踪系统中低能耗、高可靠性,以及相关技术的研究,具有重要的学术意义和实用价值。 论文首先分析了传感器网络的体系结构和自组织方法,针对LEACH分簇算法的不足,设计了一种基于投票的簇头选举机制,该机制确保了只有邻居较多、剩余能量大的节点才有机会当选为簇头,并结合网络能耗来确定最终的簇头当选个数。 通过对比单跳通信和多跳通信方式的能耗和可靠性,设计了RMHR(ReliableMulti-Hop Routing)协议,该协议根据包接收率来选择数据传输路径,同时采用应答和多径技术提高数据传输的可靠性,减小了数据重传造成的能量消耗和传输延时。 设计了基于RSS测距的OBS(Optimal Beacon Selection)节点定位算法。该算法中首次提出了信标定位效果的概念,节点在定位过程中会自动选择定位效果好的信标来计算自身位置,减小了由于信标位置不准造成的误差传递。现场实验结果表明,相对于最大似然法和加权质心法,OBS在信标密度较小时具有良好的定位效果。 研究了传感器网络的目标探测理论,推导出了目标探测概率和探测延时的计算公式,发现节点密度、感知半径、调度周期是影响二者的关键因素。在理论研究的基础上,设计了MTDS(Minimum Time Delay Scheduling)调度算法,该算法以探测延时为设计目标,根据节点的能量安排探测任务,达到平衡能耗的目的。 基于动态跟踪区域的思想建立了无线传感器网络目标跟踪模型,利用该模型实现了非配合式目标定位和目标位置预测。为了解决跟踪区域过大的问题,论文根据目标长度、速度和转角计算出目标实际能到达的范围,以此来优化跟踪区域,大大减少了参与跟踪的节点个数。


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