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无线传感器网络动态簇目标跟踪算法研究

作　者: 崔志彦
导　师: 周东清
学　校: 大连理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络目标定位目标跟踪目标预测动态簇
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

无线传感器网络集成了传感器技术、微机电技术、分布式信息处理技术和无线通信技术,已成为当前IT领域研究热点之一。由于其网络的自组织、广覆盖、高容错及高精度等固有优点以及组网成本低、构建灵活、方便等特点,使得其在军事、民用等领域应用广泛。本文深入研究了无线传感器网络中的跟踪定位问题,在分布预测追踪算法(DPT:Distributed predictive tracking)基础上提出了一种基于动态簇的目标预测跟踪算法(DCPT:Dynamic cluster predictive tracking),提高了目标跟踪精度和网络寿命。即通过唤醒目标周围一跳半径内的节点构成簇对目标进行监测。在目标不断移动过程中,簇结构也不断地变化,避免了盲目唤醒一些不必要的节点造成的能量浪费。具体来说包括以下几方面:(1)优化簇的结构以及运行机制。通过增加簇内节点数以获得更多的目标信息达到提高目标的定位精度的目的,相应的目标预测精度和准确度也得到提高。为了避免出现网络“黑洞”,选取簇内能量最多的节点担任簇头,从而达到平衡能量消耗,提高网络寿命的目的。(2)目标定位算法采用质心定位算法,利用目标的信号强度作为加权信息来计算目标的位置,使定位精度得到进一步提高。(3)采用宏观预测和微观预测相结合的双重预测方法对目标下一时刻的位置进行预测,在将要离开本簇的时刻启动预测位置的节点,减少了目标丢失的概率。(4)考虑到各种意外情况,算法设置异常处理方案,增强了系统的健壮性。比如目标丢失,簇头意外死亡等情况下的处置方案。实验结果表明,DCPT算法的网络半生存时间比DPT算法最高可提高30%左右,本文提出的定位算法在相同条件下也明显优于文献中的定位算法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-12
  1.1 研究背景和意义  9
  1.2 研究现状  9-10
  1.3 论文研究内容  10-11
  1.4 论文的组织结构  11-12
2 无线传感器网络目标跟踪、预测算法研究  12-33
  2.1 无线传感器网络简介  12-15
    2.1.1 无线传感器节点结构  12
    2.1.2 无线传感器网络结构  12-13
    2.1.3 无线传感器网络协议栈  13-14
    2.1.4 无线传感器网络特点  14-15
  2.2 无线传感器网络目标跟踪问题研究  15-25
    2.2.1 与目标跟踪相关的技术介绍  15-17
    2.2.2 现有目标跟踪算法介绍  17-25
  2.3 与目标跟踪相关的技术介绍  25-31
    2.3.1 目标定位算法研究  25-27
    2.3.2 目标预测算法研究  27-30
    2.3.3 网络故障及恢复机制研究  30-31
  2.4 目标跟踪算法的性能指标  31-32
  2.5 本章小结  32-33
3 无线传感器网络动态簇目标预测跟踪算法(DCPT)  33-44
  3.1 算法初始条件  33-34
  3.2 DCPT模型  34-39
    3.2.1 动态簇的构建过程  35-36
    3.2.2 动态簇的工作机制  36-39
  3.3 RSSI加权的质心定位算法  39-41
  3.4 目标预测与恢复  41-42
    3.4.1 预测算法  41-42
    3.4.2 目标恢复算法  42
  3.5 异常处理  42-43
    3.5.1 多簇头同时存在  42-43
    3.5.2 簇头死亡  43
    3.5.3 目标突然消失  43
    3.5.4 簇内节点少于三个  43
  3.6 本章小结  43-44
4 仿真实验及结果分析  44-51
  4.1 实验环境  44-45
  4.2 实验算法实现  45-48
    4.2.1 节点生成算法  45-46
    4.2.2 目标轨迹生成算法  46-47
    4.2.3 目标定位算法  47
    4.2.4 目标定位能量计算模型  47-48
  4.3 实验结果及分析  48-50
  4.4 本章小结  50-51
结论  51-52
参考文献  52-56
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  56-57
致谢  57-58

无线传感器网络动态簇目标跟踪算法研究

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