无线传感器网络的覆盖与跟踪问题研究

无线传感网络综合了传感技术、嵌入式计算技术、现代网络技术、无线通信技术、分布式信息处理技术等,它同传统的传感器相比,具有小体积、廉价、低功耗特点。无线传感器网络的这种特点使其在实时数据感知、目标跟踪以及环境数据采集等领域有着广泛的应用。其中,覆盖和跟踪是无线传感器网络研究中的基本问题和关键问题。 针对无线传感器网络的覆盖问题,本文对随机分布在一个监测区域中的传感器节点提出一种基于虚拟力的白组织覆盖算法。在算法中,假设传感器节点之间有虚拟力的存在,进而在基于虚拟力的基础上,通过分析计算得到传感器节点之间的几个距离阈值。这些距离阈值是整个算法的关键。通过仿真实验表明,算法能有效地覆盖感兴趣区域,性能较好。 目标跟踪是无线传感器网络的主要应用之一。首先,本文对监测区域中的节点进行了假设,即假设目标跟踪区域内的所有节点已通过本文的覆盖算法达到了对该区域的最大覆盖,通过本文中的覆盖算法,每个节点都可以到达某个确定的位置,也就是说区域内的节点位置已知。本文在此假设的基础上,提出了一种基于簇结构的目标跟踪算法,即在各传感器节点之间构造簇结构,各节点通过簇结构传递目标的状态信息。而对于目标运动轨迹的预测,本文采用粒子滤波跟踪算法。通过仿真实验表明,算法能准确的跟踪进入监测区域的运动目标。 对于无线传感器网络中的覆盖算法和跟踪算法,都需要在各个节点之间进行信息的交换,因此,各种算法必须有一个高效的通信协议来支持。同样,一个好的通信协议可以使得算法更加高效。本文设计了一个基于簇结构的传感器通信协议。该协议是通过周期性地发送识别信息构建传感器网络的簇结构,有效的降低通信网络的负载。在通信系统的实验中可表明,协议可以有效地进行簇的组建和重组,有良好的实用性。