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能量有效的二元传感器网络跟踪研究

曹科杰  
【摘要】: 近年来,随着无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)理论与实践研究的不断深入,其应用也随之不断涌现出来,目标跟踪(Target Tracking)就是其中的典型应用之一。无线传感器网络的易布撒、易安装、易扩展等特性,使目标跟踪的研究有了更广阔的平台,同时也使恶劣环境下目标跟踪有了实现的可能。然而,无线传感器节点的硬件能力以及能量的限制给目标跟踪带来了挑战,许多关于无线传感器网络下的目标跟踪研究在原有算法的基础上,对此类限制问题进行了深入研究,提出了新的算法。同时,考虑到二元传感器节点的低成本及易于实现,本文从无线传感器网络的能量限制角度出发,对基于二元传感器网络下的目标跟踪进行了研究。 本文首先介绍了无线传感器网络下目标跟踪的基本原理与过程,并在此基础上分别从目标定位,节点激活,以及目标预测几个方面对目标跟踪的能效进行了分析,针对性地提出了各自算法,提高了目标跟踪的能效。在目标定位方面,针对选择性节点激活算法的质心定位算法期望值偏差问题,提出了有效的补偿算法,使定位算法的定位期望值达到最优,提高了目标跟踪中的定位精确度;在节点激活方面,针对选择性节点激活算法的激活范围大小的调节问题,提出了自适应节点激活算法,使节点激活范围能随目标运动的规律而进行动态调节,满足了不同环境下的目标跟踪任务,提高了算法的应用范围;在目标预测方面,针对基于道路背景的目标运动轨迹问题,提出了基于道路节点激活算法(RBSA),对不同道路上目标的运行采用不同的预测模型,用较小的算法代价达到了复杂的多模型算法跟踪的效果,提高了目标预测的准确性。除此之外,本文还对随机运动目标的运动进行了分析研究,在周期性节点激活算法的基础上提出了分布式节点激活算法(DSA~2),大幅度提高了目标跟踪的成功率。四类算法的提出,均在不同角度提高了目标跟踪的能效。 最后本文总结了四类算法在目标跟踪能效的上的积极作用,同时也为二元传感器网络的跟踪能效问题指明了理论和实践上进一步研究的方向。


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