[发明专利]一种基于POOL机制的WSN目标跟踪簇调整算法

摘要

一种基于POOL机制的WSN目标跟踪簇调整算法，属于无线传感器网络技术领域，用于无线传感器网络目标跟踪。在传统目标跟踪算法中，在目标慢速移动或是接近静止过程中，簇首节点因长时间担任簇首，能量消耗过快，容易形成能量空洞。本算法提出基于POOL机制的簇首轮转机制。无线传感器网络变速运动目标跟踪过程中，跟踪节点担任簇首的时间设有阀值，达到设定时间时簇首从POOL(簇首池)中根据剩余能量及距离目标节点RSSI信号强度等因素选择一个节点作为新任簇首。目标变速移动过程中，POOL结构及数据不断更新。此机制保证簇首的平滑转移，在保证跟踪精度的同时，减少能耗，延长网络寿命。

主权项

1.一种基于POOL机制的WSN目标跟踪簇调整算法，其特征在于，簇调整算法通过以下方式实现：1.跟踪簇的建立为节省能量，无线传感器网络所有节点在没有目标跟踪时处于休眠状态；目标靠近时，目标附近的多个传感器节点同时检测到目标信号，当节点检测到目标的信号能量强度(RSSI)值大于RSSI₀时，判断为目标进入跟踪范围，这些节点构成集合它们共同组成跟踪簇，并参与到跟踪簇的组建及簇首选择的过程中；节点接收到的RSSI值小于RSSI₀，或是没有侦测到目标信号，该节点将继续保持休眠状态；检测到目标信号RSSI值大于RSSI₀的节点首先广播询问簇首ID，并启动定时器T0，现任簇首收到询问后，回应新加进节点，使其加入到簇中成为簇成员；若T0计时时间达到设定值时，簇首无回应，则认为无簇首，检测到目标信号RSSI值大于RSSI₀的节点竞争选举簇首；竞争选举簇首的方法如下：根据接收到的目标信号RSSI值，启动一个选举定时器T1，RSSI值越大，定时时间越短，并进入候选状态，同时设置自身状态为簇首；如节点在定时器超时前未收到任何其他节点选举通告，则广播一个选举通告，确立簇首地位；否则，如果节点在定时器超时前收到其他节点的选举通告信息，它将终止自己的选举定时器，承认发送选举通告信息节点的簇首地位，并设置自身为成员状态，成为子节点；簇首确定之后，簇成员将自身ID、位置信息传递给簇首；簇首生成簇成员位置信息表PIT；半径R_P(R_P＜R_N)范围内的点，即RSSI＞RSSI₁＞RSSI₀，划入POOL；簇首建立POOL表，存储RSSI排序簇成员节点数目的前30％；POOL表中存储节点ID、节点剩余能量、与接收目标节点信号强度RSSI等数据，根据上述参数计算的POOL中排序；POOL中节点作为簇首轮转的备选簇首，是一个动态变化的选择池，在目标跟踪过程中，被独立地改变、维护；2.跟踪簇的调整1)簇成员节点的调整跟踪目标移动过程中，有些簇成员节点接受到的信号越来越弱，当RSSI值低于阀值RSSI₀，节点状态转为休眠，从跟踪簇中退出；同时，逐渐有原休眠节点接收到的跟踪节点信号越来越强，RSSI值高于阀值RSSI₀时，节点加入簇；簇首在此过程中根据节点是否在一段时间内发送数据，维护PIT表；在目标节点的跟踪过程中，簇成员一直处于动态变化的过程中；2)POOL的调整簇首节点每次接收到成员节点的RSSI信息，根据大小进行排序；用前30％、并且前30％的成员节点的数量不少于MaxN，则用前30％的成员节点替代原有POOL；随着目标节点移动，POOL表不断更新，有些节点因为距离目标节点变远，在POOL表中排名下移，最终从POOL中除名；另有些新的节点因为距离目标节点变近，开始进入POOL中；POOL成员在目标跟踪过程中一直处在动态调整的状态中；MaxN为使用过程中根据具体情况设定的POOL成员个数的最小值；3)簇首的转移簇首的轮转选择需要考虑节点的剩余能量，但计算及传递此参数需要消耗额外的能量，节点剩余能量估算方法如下：已担任过簇首的节点，记录参数e为每次担任簇首时与目标节点RSSI的平均值相加，作为节点担任簇首时能量消耗的估计，即ei=Σi=mnRSSI‾i-j]]>ρi=RSSIi/ei,ei≠0;RSSIi,ei=0;]]>式中i为簇首节点，j为跟踪目标节点，ρ_i为POOL中排名考量参数；POOL表中记录节点ρ_i值，并实时更新。簇首节点担任簇首开始计时，达到设定时间时，根据ρ_i值，在POOL表中选择排名靠前的节点担任新簇首，并将更新后的POOL表、节点位置信息表PIT传递给新簇首；簇首对簇成员广播，确认放弃簇首地位，并将新簇首ID发送给簇成员，新簇首对簇成员广播，确认接受簇首地位，之后簇成员将数据传递给新簇首；3.目标定位与跟踪。