[发明专利]一种基于动态树的无线传感网目标跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感网目标跟踪方法，主要采用动态树来优化目标跟踪中无线传感器网络的自组织网络结构，属于无线传感网、目标跟踪交叉技术应用领域。

背景技术

无线传感器网络节点资源有限、网络规模大、节点密集，一般采用Ad-Hoc方式组网并用多跳路由方式来通信。无线传感器网络扩展了人们的信息获取能力，将客观世界的物理信息同传输网络连接在一起，在下一代互联网中将为人们提供最直接、最有效、最真实的信息。与无线局域网、Ad-Hoc等传统无线网络相比，无线传感器网络的特点有：传感器节点小，硬件资源少，电源容量有限；网络中节点数量多，分布密集，相互协作工作；网络节点地位平等，没有严格的控制中心；节点间通信距离有限，大多采用多跳路由，节点既是数据的发送者又是数据的转发者；网络拓扑结构经常变化，需要具备动态拓扑自组织功能，无线传感器网络所具有的这些特性给无线传感网目标跟踪带来了挑战。

目标跟踪技术无论是在军事领域还是在民用领域都有着重要的应用价值。目标跟踪按照目标个数来分类，可以分为单目标跟踪和多目标跟踪。跟踪方法主要有空间跟踪和时间-空间跟踪两种。1937年第一部跟踪雷达站的出现，标志着第一个目标跟踪系统的诞生。随着科学技术的进步和现代战略战术的发展，各种雷达、红外、声纳和激光、卫星等目标跟踪系统相继得到发展并且日趋完善。近期，通过GPS定位的室外目标跟踪系统也已经发展起来了。如今随着无线传感器网络的出现，通过无线传感器网络实现目标跟踪已经成为了研究热点。无线传感器网络以其节点部署高密度、精确的感知数据、容易部署等优势备受目标跟踪系统的青睐。本发明提出一种基于动态树的无线传感网目标跟踪方法，目的是优化无线传感网的网络结构，提高目标跟踪效率，降低节点的能耗。

发明内容

技术问题：在基于无线传感网的目标跟踪应用中，节点能力的限制单个节点无法有效地跟踪目标，而是需要多个节点进行联合传感采集数据，并对所获得的数据进行融合处理提取目标信息，在这一过程中，传感器节点需要进行动态地自组织，形成网络拓扑结构，这对无线传感网目标跟踪方法提出了挑战。本发明的目的是提供一种基于动态树的无线传感网目标跟踪方法，解决上述挑战。

技术方案：本发明提出一种基于动态树的无线传感网目标跟踪方法，通过建立一棵动态树来指挥无线传感网自组织过程来实现目标跟踪。所述的动态树是由网络中各个节点在跟踪目标的过程中依照目标的运动路径动态建立的。

一种基于动态树的无线传感网目标跟踪方法包括以下步骤：

1）传感器节点构建初始动态树

11）汇聚节点启动网络，各个传感器节点向汇聚节点发送自身的地理位置信息，之后进入休眠状态等待目标进入网络监视区域；

12）当目标进入无线传感器网络的监视区域时，汇聚节点唤醒网络中的所有节点，各个节点探测自身与进入其监视范围的目标之间的距离，将该距离信息发送到汇聚节点，监视范围内没有目标的节点重新进入休眠状态；

13）节点i广播距离消息election(d_i,id_i)给它的邻居节点，同时它也收到邻居节点j发来的距离消息election(d_j,id_j)；如果不存在d_j＜d_i的消息，节点i就成为动态树根节点的候选者，否则就放弃；所述的距离消息election(d_i,id_i)中，d_i是节点i到目标的距离，id_i是节点i的编号，i是任意一个节点序号；距离消息election(d_j,id_j)中，d_j是节点j到目标的距离，id_j是节点j的编号，j是任意一个节点序号，j≠i；

14）每个根节点的候选节点洪泛选举消息winner(d_i,id_i)给其他候选节点；当节点i收到选举消息winner(d_j,id_j)，且d_j＜d_i时此候选节点就放弃成为根节点，同时它根据接收到选举消息的路径，构造出指向节点j的路径；最后当所有其它的候选节点都放弃成为根节点，与目标之间距离最短的节点就成为根节点；

2）动态树的扩展与裁剪