無線傳感器網(wǎng)絡中協(xié)作的能量高效的目標跟蹤協(xié)議研究.pdf

1、隨著無線傳感器網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，在變化的環(huán)境中利用傳感器對目標進行跟蹤、分析變得更加可行。目標跟蹤是無線傳感器網(wǎng)絡中的一個具有挑戰(zhàn)性的應用，在此過程中計算量大、能量有限、實時性要求強。網(wǎng)絡生命期的長短在很大程度上取決于降低發(fā)射功率、發(fā)送消息數(shù)目、發(fā)現(xiàn)鄰居的時間，以及一定時間內選擇的參與跟蹤的傳感器節(jié)點的數(shù)目。對于上述問題，國內外已有很多文獻進行了研究。本論文提出了一種協(xié)作的能量高效的目標跟蹤協(xié)議（Cooperative and ene

2、rgy-efficient target tracking protocol in wireless sensor networks，CET），通過減少感應和通信能量來達到節(jié)省網(wǎng)絡中目標跟蹤能量消耗的目的。 跟蹤目標的對象稱為跟蹤者，如走動的人等。目標可能是任何移動對象如敵方車輛、入侵者或運動中的消防戰(zhàn)士。網(wǎng)絡中的每個節(jié)點都能進行監(jiān)測、通訊、計算，其中一個處于活躍狀態(tài)和工作狀態(tài)的節(jié)點被當作信標節(jié)點負責監(jiān)測，另外一個處于同樣狀態(tài)的

3、節(jié)點作為該節(jié)點的備份以提高系統(tǒng)的容錯性。一旦信標節(jié)點因為某些問題而發(fā)生錯誤，備份節(jié)點將承擔監(jiān)測的任務，監(jiān)測將會根據(jù)跟蹤者的要求而工作。每個傳感器節(jié)點都具有計算能力，當任務完成后，信標節(jié)點轉換為非活動狀態(tài)。為了進行節(jié)點的狀態(tài)轉換，本論文設計了一個專門的節(jié)點喚醒機制，通過使用這種機制，信標節(jié)點相繼處于活動狀態(tài)，而其它節(jié)點則周期性地處于睡眠和喚醒狀態(tài)，以充分利用網(wǎng)絡的節(jié)能特征，達到很好的節(jié)能效果。 本論文的研究基于鄰居合作的面感知路由

4、，并且假設網(wǎng)絡模型是圓盤模型，所有節(jié)點都部署在二維平面上。面感知路由是由相鄰圖（RNG）和Gabriel圖（GG）來描述的，而相鄰圖和Gabriel圖都是平面G上的有限點集。目標跟蹤過程可以分為5個步驟：即網(wǎng)絡初始化、目標監(jiān)測、跟蹤者移動判斷、定位和目標移動方向估計，以及信標及備用信標節(jié)點選舉。 本論文主要研究如何縮短節(jié)點捕獲目標的時間，防止由于節(jié)點錯誤、路由失敗、跟蹤失敗而導致的目標跟蹤丟失。在實際的無線傳感器網(wǎng)絡中，節(jié)點錯誤

5、、鏈接錯誤是經(jīng)常發(fā)生的。本論文提出了一種合作的、能量高效的目標跟蹤協(xié)議（CET），該協(xié)議利用節(jié)點之間相互合作來避免不可預見的錯誤。特別地，如果有目標在跟蹤過程中丟失或發(fā)生錯誤，允許靠近信標節(jié)點的同一個面內的鄰居節(jié)點進行監(jiān)測。即使在這種狀態(tài)下，如果沒有監(jiān)測到目標，面內所有的鄰居節(jié)點都會對目標進行重新定位。如果目標還沒有監(jiān)測到，附近面內的所有鄰居節(jié)點都會對目標進行重新定位。如果監(jiān)測都失敗，則算法會重新初始化。 CET協(xié)議使用一種基

6、于預測的能量高效方法來估計目標的位置和方向，利用二維高斯分布來預測目標的下一個位置。一旦獲得目標的下一個位置，就重新選出一個新的信標和備份信標節(jié)點。在CET協(xié)議中，假設網(wǎng)絡中每個節(jié)點都能夠局部地估計節(jié)點感應、數(shù)據(jù)處理、與鄰居節(jié)點通信所消耗的能量。 本論文利用OMNET++平臺進行模擬實驗，開展了廣泛的模擬實驗和深入研究，并進行了必要的實驗數(shù)據(jù)收集。實驗主要依據(jù)以下四個指標來評估所提出的協(xié)議：丟失率；首次捕獲時間；預測誤差；平均能