[发明专利]无线网络测量的能量管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线网络测量的能量管理领域，在该无线网络中多个节点对机动目标进行协作跟踪，尤其涉及一种用于无线网络测量的能量管理方法。

背景技术

大量具有感知、处理和无线通信功能的智能节点，在特定区域组成无线网络可以完成复杂的测量任务。值得注意的是，网络节点通常采用电池供电，受到能量约束，因而无线网络的能量管理成为一个非常重要的问题。能量管理的基本思想是在不需要时关闭设备，而必要时将其唤醒。因此，设计有效的节点唤醒机制十分必要。

目前，具有多种能量模式的设备有很多。例如，StrongARM SA-1100处理器有三种能量模式：“运行”、“空闲”和“睡眠”。类似的，蓝牙无线设备有四种不同的能量消耗模式：“活性”、“保持”、“呼吸”和“停留”。网络节点中集成了多个此类设备，按照设备能量模式的各种组合，拥有一系列不同功率的睡眠状态。考虑包含CPU、内存、传感器和无线通信模块的网络节点，各模块能根据要求进入不同的能量模式。

上述各种模式虽然能够在一定程度上解决节约能量的问题，但是节约能量的效果还不是很好，仍然存在提高节能效率的问题。

发明内容

本发明的目的在于为无线网络的机动目标跟踪应用，提出一种能够采用目标运动的先验信息规划网络节点睡眠时间，并根据节点唤醒状态优化测量和通信能耗，从而能够节约使用能量的无线网络测量的能量管理方法。

本发明提出的基于机动目标预测的能量管理方法，其步骤如下：采用粒子滤波算法对机动目标的运动进行预测，根据预测结果合理规划节点睡眠时间，设计网络节点的动态唤醒机制，缩短节点处于完全激活状态的时间，在目标周围节点唤醒和目标预测位置已知的条件下，运用分布式遗传模拟退火算法优化选择测量节点，在保证目标测量精度的前提下使测量能耗最小化，同时采用中转节点优化通信路径，降低通信能耗。

对本发明主要步骤的进一步说明如下：

1、机动目标预测

假设无线网络监测对象为车辆目标，具有最大加速度a_max和最大速度v_max。中心节点负责收集无线传感节点每一轮的测量信息，计算目标当前位置，并对其轨迹进行预测。

采用运动模型对目标的位置、速度和加速度信息进行描述。状态方程为X(k+1)＝FX(k)+G₁U(k)+G₂V(k)，观测方程为Z(k+1)＝HX(k+1)+W(k+1)。其中k为测量步数，X(k)是与目标的两轴向位置及速度相关的状态向量，Z(k)是观测向量，U(k)是与目标x、y轴向运动加速度相关的输入向量，V(k)和W(k)分别是过程噪声和观测噪声，F是状态向量变换的非线性矩阵，G₁(k)为目标机动耦合输入矩阵，G₂(k)是过程噪声输入矩阵，H是模型观测矩阵。对二维运动，矩阵定义如下：