專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法，屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由分布在監(jiān)測(cè)區(qū)域的大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都具有感知、存儲(chǔ)、處理信息，以及與其他傳感器節(jié)點(diǎn)通信的功能。目標(biāo)跟蹤是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要應(yīng)用之一，主要用于軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)、病人健康監(jiān)測(cè)和野生動(dòng)物研究等領(lǐng)域。由于傳感器節(jié)點(diǎn)攜帶的電量有限，且在很多應(yīng)用領(lǐng)域中為傳感器節(jié)點(diǎn)更換電池很困難，如何在目標(biāo)跟蹤時(shí)節(jié)約傳感器節(jié)點(diǎn)能量成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的一大挑戰(zhàn)。因此，在跟蹤的過(guò)程中如何只讓小部分節(jié)點(diǎn)跟蹤目標(biāo)，而大部分節(jié)點(diǎn)休眠，已成為許多文獻(xiàn)研究的內(nèi)容。RARE-Area和RARE-Node算法，參見(jiàn)“超級(jí)計(jì)算機(jī)”雜志，51卷第2期中“無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用質(zhì)量監(jiān)控設(shè)計(jì)的一種能量有效的目標(biāo)跟蹤算法”一文，第131-148頁(yè)(Guo M, Olule E and Wang G. Designing energy efficient target tracking protocolwith quality monitoring in wireless sensor networks. Supercomputing,2010,51(2)131-148。下同)通過(guò)減少發(fā)送給簇頭的數(shù)據(jù)包數(shù)量來(lái)減少能量消耗。GPBA算法參見(jiàn)“計(jì)算機(jī)通信”雜志中“基于全局概況的一種能量最小化傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤算法” 一文，(Oscar Garcia, Alejandro Quintero and Samuel Pierre. A Global Profi le-basedAlgorithm for Energy Minimization in Object Tracking Sensor Networks. ComputerCommunications2010, 33 :736-744.)通過(guò)統(tǒng)計(jì)目標(biāo)的歷史運(yùn)動(dòng)軌跡,建立一個(gè)表格來(lái)記錄目標(biāo)在各個(gè)區(qū)域停留的次數(shù)，通過(guò)查閱表格來(lái)確定目標(biāo)下一時(shí)刻的位置，然后喚醒這個(gè)位置附近的節(jié)點(diǎn)。為了維護(hù)并更新目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡表，基站需要記錄網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的位置，并不斷向所有節(jié)點(diǎn)廣播目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡，耗費(fèi)大量的通信資源和能量資源。因此，一種自組織跟蹤方法，參見(jiàn)“航空學(xué)報(bào)”中“一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織目標(biāo)跟蹤算法”(XuZhen, Rui Liyang. A Self-organizing Bearings-only Target Tracking Algorithm inWireless Sensor Networks. Chinese Journal of Aeronautics,2009,22 :627-636.)被提出，避免了基站在全網(wǎng)廣播目標(biāo)信息。一種基于預(yù)測(cè)的算法(Prediction-basedProtocol)，參見(jiàn)中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，“一種基于預(yù)測(cè)的能量有效的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo) 跟蹤算法” 一文，(BHUIYAN Μ. Z. A. , Wang Guo-jun and Zhang Li. Prediction-basedenergy-efficient target tracking protocol in wireless sensor networks.Cent.South Univ. Techonl. ,2010,33 :736-744.)根據(jù)目標(biāo)當(dāng)前移動(dòng)的方向和速度來(lái)預(yù)測(cè)目標(biāo)下一步的位置，然后喚醒目標(biāo)周?chē)墓?jié)點(diǎn)，但是當(dāng)目標(biāo)移動(dòng)方向不斷變化時(shí)，則不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)目標(biāo)位置。由此可見(jiàn)，如何在保證跟蹤的準(zhǔn)確性的同時(shí)減少能量消耗，是需要解決的一個(gè)問(wèn)題
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法，達(dá)到準(zhǔn)確跟蹤并減少能量消耗的目的。技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法，該方法包括以下步驟(I)監(jiān)測(cè)區(qū)域由管理節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)組成；將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為若干正方形網(wǎng)格區(qū)域，每個(gè)正方形網(wǎng)格區(qū)域的中心放置一個(gè)管理節(jié)點(diǎn)；正方形網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)還設(shè)有若干普通節(jié)點(diǎn)，每個(gè)普通節(jié)點(diǎn)有若干鄰居普通節(jié)點(diǎn)，鄰居普通節(jié)點(diǎn)通過(guò)如下方法確定處于普通節(jié)點(diǎn)的一跳通信范圍內(nèi)的其余普通節(jié)點(diǎn)定義為該普通節(jié)點(diǎn)的鄰居普通節(jié)點(diǎn)；正方形網(wǎng)格的邊長(zhǎng)定義為d = ^JlRd其中d為網(wǎng)格邊長(zhǎng)，Rd為管理節(jié)點(diǎn)的感知距離，Rd為正方形網(wǎng)格區(qū)域的對(duì)角線長(zhǎng)度的1/2 ;普通節(jié)點(diǎn)用于監(jiān)測(cè)目標(biāo)、獲取目標(biāo)信息、傳輸數(shù)據(jù)；管理節(jié)點(diǎn)用于定位自身位置、調(diào)度普通節(jié)點(diǎn)跟蹤在其管轄區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)、計(jì)算目標(biāo)位置，管理節(jié)點(diǎn)與基站互相通信，管理節(jié)點(diǎn)還與其管轄區(qū)域內(nèi)的普通節(jié)點(diǎn)互相通信；(2)各個(gè)管理節(jié)點(diǎn)獲取自身位置坐標(biāo)，并將自己的位置坐標(biāo)和ID發(fā)送給基站，基站向各管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送它們的鄰居管理節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，管理節(jié)點(diǎn)接收并儲(chǔ)存；管理節(jié)點(diǎn)在其感知范圍內(nèi)廣播自身位置信息和ID，普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的信息計(jì)算自己的位置，并將自己的位置和ID發(fā)送給管理節(jié)點(diǎn)，然后所有各普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)；管理節(jié)點(diǎn)確定自己的管轄區(qū)域，管轄區(qū)域四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值分別為
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于該方法包括以下步驟 (1)監(jiān)測(cè)區(qū)域由管理節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)組成；將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為若干正方形網(wǎng)格區(qū)域，每個(gè)正方形網(wǎng)格區(qū)域的中心放置一個(gè)管理節(jié)點(diǎn)；正方形網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)還設(shè)有若干普通節(jié)點(diǎn)，每個(gè)普通節(jié)點(diǎn)有若干鄰居普通節(jié)點(diǎn)，鄰居普通節(jié)點(diǎn)通過(guò)如下方法確定處于普通節(jié)點(diǎn)的一跳通信范圍內(nèi)的其余普通節(jié)點(diǎn)定義為該普通節(jié)點(diǎn)的鄰居普通節(jié)點(diǎn)；正方形網(wǎng)格的邊長(zhǎng)定義為 d = \f2Rd 其中d為網(wǎng)格邊長(zhǎng)，Rd為管理節(jié)點(diǎn)的感知距離，Rd為正方形網(wǎng)格區(qū)域的對(duì)角線長(zhǎng)度的1/2 ;普通節(jié)點(diǎn)用于監(jiān)測(cè)目標(biāo)、獲取目標(biāo)信息、傳輸數(shù)據(jù)；管理節(jié)點(diǎn)用于定位自身位置、調(diào)度普通節(jié)點(diǎn)跟蹤在其管轄區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)、計(jì)算目標(biāo)位置，管理節(jié)點(diǎn)與基站互相通信，管理節(jié)點(diǎn)還與其管轄區(qū)域內(nèi)的普通節(jié)點(diǎn)互相通信； (2)各個(gè)管理節(jié)點(diǎn)獲取自身位置坐標(biāo)，并將自己的位置坐標(biāo)和ID發(fā)送給基站，基站向各管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送它們的鄰居管理節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，管理節(jié)點(diǎn)接收并儲(chǔ)存；管理節(jié)點(diǎn)在其感知范圍內(nèi)廣播自身位置信息和ID，普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的信息計(jì)算自己的位置，并將自己的位置和ID發(fā)送給管理節(jié)點(diǎn)，然后所有各普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)；管理節(jié)點(diǎn)確定自己的管轄區(qū)域，管轄區(qū)域四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)值分別為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于步驟(1)中，每個(gè)普通節(jié)點(diǎn)有4至6個(gè)鄰居普通節(jié)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于步驟(2)中，每個(gè)普通節(jié)點(diǎn)在目標(biāo)跟蹤的過(guò)程中，設(shè)定一個(gè)時(shí)間值，當(dāng)被喚醒的普通節(jié)點(diǎn)在設(shè)定的時(shí)間值內(nèi)未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)，則自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于步驟(4)中，多個(gè)被喚醒的普通節(jié)點(diǎn)均向其管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包由普通節(jié)點(diǎn)的ID、距離目標(biāo)的距離、剩余電量封裝而成，管理節(jié)點(diǎn)從這些節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)主跟蹤節(jié)點(diǎn)和兩個(gè)次跟蹤節(jié)點(diǎn)，步驟如下 (1)管理節(jié)點(diǎn)計(jì)算各普通節(jié)點(diǎn)被選擇的可能性，表示如下
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于步驟(6)中，如果被喚醒的鄰居管理節(jié)點(diǎn)沒(méi)有監(jiān)測(cè)到目標(biāo)信息時(shí)，當(dāng)前的管理節(jié)點(diǎn)判定目標(biāo)丟失，則采用下面的補(bǔ)救措施，首先，當(dāng)前的管理節(jié)點(diǎn)喚醒其感知范圍內(nèi)的所有普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)入監(jiān)測(cè)狀態(tài)；如還沒(méi)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，則向基站發(fā)送請(qǐng)求信息，基站喚醒監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)所有管理節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而所有的普通節(jié)點(diǎn)也全部被喚醒對(duì)目標(biāo)進(jìn)行全網(wǎng)搜索，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的管理節(jié)點(diǎn)向基站報(bào)告，基站再將目標(biāo)的信息發(fā)送給目標(biāo)所在區(qū)域的管理節(jié)點(diǎn)，其他管理節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于在每個(gè)采樣時(shí)間段內(nèi)，每個(gè)采樣時(shí)間段被分成若干時(shí)隙，每個(gè)普通節(jié)點(diǎn)都被分到一個(gè)時(shí)隙來(lái)傳輸探測(cè)到的目標(biāo)信息；管理節(jié)點(diǎn)也留有單獨(dú)的時(shí)隙，管理節(jié)點(diǎn)在時(shí)隙內(nèi)要完成以下任務(wù)從監(jiān)測(cè)到目標(biāo)的普通節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)主跟蹤節(jié)點(diǎn)和兩個(gè)次跟蹤節(jié)點(diǎn)，計(jì)算目標(biāo)在該采樣時(shí)間段初始時(shí)間點(diǎn)的位置，接收基站發(fā)送的命令；選擇下一個(gè)采樣時(shí)間段需要喚醒的節(jié)點(diǎn)，并通知它們進(jìn)入監(jiān)測(cè)狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于采樣時(shí)間段的長(zhǎng)度被定義如下LS = (n+2) X LT 其中LS為一個(gè)采樣時(shí)間段的長(zhǎng)度，LT是一個(gè)時(shí)隙的長(zhǎng)度，n為被喚醒的節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法，本發(fā)明對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域?qū)嵭蟹謪^(qū)管理，每個(gè)區(qū)域的跟蹤任務(wù)由一個(gè)管理節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)，不需要基站采集所有節(jié)點(diǎn)的位置信息；管理節(jié)點(diǎn)根據(jù)前一個(gè)采樣時(shí)間段主跟蹤節(jié)點(diǎn)的位置確定下一個(gè)采樣時(shí)間段需要喚醒的節(jié)點(diǎn)。在每個(gè)采樣時(shí)間段內(nèi)，只有小部分節(jié)點(diǎn)處于監(jiān)測(cè)或活動(dòng)狀態(tài)，大部分節(jié)點(diǎn)保持休眠；監(jiān)測(cè)到目標(biāo)的普通節(jié)點(diǎn)只需向管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，無(wú)需互換信息；當(dāng)目標(biāo)跟丟時(shí)，首先在一個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行搜索，搜索失敗時(shí)再進(jìn)行全網(wǎng)搜索；這些措施減少了節(jié)點(diǎn)的能量消耗和節(jié)點(diǎn)間的通信次數(shù)，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)的生命周期，節(jié)省了通信資源。
文檔編號(hào)H04W40/20GK102638863SQ20121007367
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者張淳, 費(fèi)樹(shù)岷 申請(qǐng)人:東南大學(xué)