[发明专利]无线传感网中基于感知器的区域分簇目标跟踪方法

说明书

本发明公开了一种无线传感网中基于感知器的区域分簇目标跟踪方法，采用多级调度机制极大程度地减少网络能源消耗，规定只允许区域簇内通信来充分降低无线通信损耗，以感知器输出作为定量标准来判断区域簇的激活状态，并在动态目标跟踪中设定了合理的越区切换模式防止节点之间的碰撞；此外，通过对比无线传感网与神经网络的相似性，将传感器节点类比为神经元，建立信息传输模型，充分利用无线传感网的分布式处理特性和自组织能量，提高了泛化能力和容错性。

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，具体涉及一种无线传感网中基于感知器的区域分簇目标跟踪方法。

背景技术

无线传感器网络与神经网络有很大相似之处：都采用分布式存储与并行处理，都配置大量节点，具有高容错性和鲁棒性，它们的共同特性使得神经网络模型非常适用于无线传感器网络的数据融合。运动目标的跟踪是无线传感器网络的一项基本功能，目标跟踪需要传感器网络根据节点侦测信号判断目标是否出现，当目标出现时，要在一定持续时间内判断运动目标的轨迹，这就要求传感器节点能够对侦测数据进行处理，根据任务需求合理地调度节点资源并且选择合适的方法来确定目标状态，通过多点协作跟踪得到精确的跟踪结果。目标定位是目标跟踪的基础，常用的基本方法包括基于信号强度(RSSI)、信号到达角度(AOA)、信号到达时间(TOA)、信号到达时间差法(DTOA)，其中RSSI因其对传感器硬件要求较低而成为近来基于无线传感器网络的目标定位最常用的方法。

无线传感器网络中，传感器节点往往是大量密集分布，但由于节点能量的局限和探测范围的局限，在目标定位时采用大量节点做集中式处理是不现实的。在无线传感器网络中的目标定位与跟踪主要需要考虑以下两个局限：

(1)电源能量有限

传感器节点体积微小，通常所携带的能量十分有限，并且由于无线传感器网络中传感器节点众多、成本低廉、分布区域广，而且部署环境复杂，所以用更换电池的方式给节点补充能量是不现实的。传感器节点消耗能量的模块包括传感器模块、处理器模块和无线通信模块，根据Deborah Estrin在Mobicom2002会议上的特邀报告(Wireless SensorNetworks,Part IV：Sensor Network Protocols)中的描述，传感器节点绝大部分能量消耗在无线通信模块上，传输1比特的信息100米距离需要大约执行3000条计算指令消耗的能量，所以如何设计能够高效使用能量的定位方法是当前定位应用中的首要挑战，如何让网络通信更有效率，减少不必要的转发和接收，不需要通信时尽快进入睡眠状态，是传感器网络协议设计需要重点考虑的问题。

(2)通信能力有限

无线通信的能量消耗与通信距离的关系为：E＝kdⁿ，其中，参数n的取值一般为2<n<4，随着距离的增加通信能耗将距离将急剧增加。一般而言，传感器节点的无线通信半径在100m内比较合适。无线通信的信道资源有限，所以如何设计满足无线传感器网络通信需求的定位方法也是评价一个方法有效性与实用性的标准。

传感器节点无线通信模块的状态包括发送状态、接收状态、侦听状态和睡眠状态等，单位时间内消耗的能量按上述顺序依次减少。在无线传感器网络中，可能造成网络能量浪费的主要原因包括：如果MAC协议采用竞争方式使用共享的无线信道，节点在发送数据的过程中可能会引起多个节点之间的数据碰撞，这就需要重新发送数据，从而消耗更多的能量；监测区域内密布大量探测节点，节点数据存在大量冗余，节点接收和处理不必要的数据，这也会造成节点消耗更多能量。此外，传统基于动态分簇自适应目标跟踪方法，利用最优选择机制和动态分簇方式确定激活节点，此方法需要所有节点处于侦听状态并且需要频繁的节点间的通信，会浪费过多的通信能耗。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供了无线传感网中基于感知器的区域分簇目标跟踪方法，其能耗低、容错性强，具有良好的应用前景，值得推广。

为解决上述问题，本发明具体采用以下技术方案：