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无线传感器网络的目标定位跟踪算法研究

作　者: 杜菲
导　师: 吕建平
学　校: 苏州大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 无线传感器网络数据融合目标跟踪动态簇剩余能量
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 55次
引　用: 1次
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内容摘要

无线传感器网络能实时监测、感知、采集和处理各种监测对象的信息,在军事、环境监测和工业生产等方面具有十分广阔的应用前景,是当前国际上备受关注的新兴前沿研究热点之一。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定位跟踪问题,以及数据融合算法。基于无线传感器网络生存周期最大化的要求,提出了一种基于消息驱动的目标动态跟踪簇算法(DTA),提高了目标跟踪精度和网络寿命。算法通过唤醒目标周围一定区域内的节点构成簇对目标进行跟踪监测。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。DTA算法主要考虑了网络的负载均衡。对节点布置的密度进行分析,并在数据传输过程中综合考虑了节点的剩余能量,以及节点收到目标信号强弱,尽量避开剩余能量小的节点,簇结构随着簇头节点剩余能量的变化实现动态调整,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,实现了节点的负载均衡。实验结果表明,DTA算法的网络整体消耗能量减少并且在网络运行时间内网络整体存活节点数相对增多,尤其在大中型传感器网络中,该算法在节能和负载均衡方面有明显优势。本文对之前发表过的基于最短路由的数据融合算法(MRDA)进行分析,仿真结果表明在数据传输过程中,也明显优于贪心增长树算法(GIT)。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-15
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 目标跟踪研究与发展现状  11-13
  1.3 研究内容  13
  1.4 论文结构  13-14
  1.5 本章小结  14-15
第二章面向目标跟踪的无线传感器网络  15-25
  2.1 无线传感器网络的结构  15-18
    2.1.1 传感器网络的体系结构  15-16
    2.1.2 传感器网络的协议栈  16-18
  2.2 传感器网络节点的结构与模型  18-19
  2.3 传感器节点的能量模型  19-20
  2.4 无线传感器网络目标跟踪关键技术  20-23
    2.4.1 网络拓扑控制  20-21
    2.4.2 网络安全  21
    2.4.3 同步技术  21-22
    2.4.4 定位技术  22
    2.4.5 数据融合  22
    2.4.6 目标轨迹的估计和预测  22-23
  2.5 无线传感器网络性能评价指标  23-24
  2.6 本章小结  24-25
第三章无线传感器网络目标定位算法与数据融合技术  25-40
  3.1 目标定位算法  25-27
    3.1.1 基于测距的定位方法  25-26
    3.1.2 不基于测距的定位方法  26-27
  3.2 多边定位算法  27-29
    3.2.1 三边定位算法  27-28
    3.2.2 多边定位算法  28-29
  3.3 数据融合  29-32
    3.3.1 数据融合的概念  30
    3.3.2 无线传感器网络数据融合技术的特点  30-31
    3.3.3 数据融合的重要作用  31-32
  3.4 基于最短路由的数据融合算法MRDA  32-37
    3.4.1 新算法的提出  32
    3.4.2 数据融合树  32-33
    3.4.3 传感器节点的数据结构  33-34
    3.4.4 基于最短路由的数据融合树构造  34-36
    3.4.5 数据融合上传过程  36-37
  3.5 MRDA 的算法分析  37-39
  3.6 本章小结  39-40
第四章无线传感器网络目标跟踪算法研究  40-53
  4.1 无线传感器网络的目标跟踪算法  40-42
    4.1.1 跟踪算法分类  40-41
    4.1.2 目标跟踪典型算法  41-42
  4.2 多节点协作目标跟踪算法  42-50
    4.2.1 算法DTA 描述  43-44
    4.2.2 算法初始化  44-45
    4.2.3 动态簇设计  45-50
  4.3 目标轨迹预测算法  50-51
  4.4 目标丢失恢复策略  51-52
  4.5 本章小结  52-53
第五章仿真实验及结果分析  53-62
  5.1 实验环境  53-54
  5.2 实验算法实现  54-58
    5.2.1 节点生成算法  54-55
    5.2.2 目标轨迹生成算法  55-56
    5.2.3 目标定位算法  56
    5.2.4 节点能量计算模型  56-58
  5.3 实验结果以及分析  58-61
  5.4 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-69
攻读学位期间发表的学术论文  69-70
致谢  70-71

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