[發明專利]一種無線多媒體傳感器網絡中的目標跟蹤方法

有效

• 申請號: 201010179653.2
• 申請日: 2010-05-21
• 公開（公告）號: CN101854653A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 王汝傳;操天明;黃海平;孫力娟;沙超;肖甫;葉寧;凡高娟;黃小桑
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W24/04
• 分類號: H04W24/04;H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及無線多媒體傳感器網絡中目標跟蹤的解決方法，主要解決無線多媒體傳感器網絡中通過多種類型的傳感器節點來實現目標跟蹤的問題，屬于計算機網絡與無線通信的交叉領域。

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Network，WSN)被譽為全球未來三大高科技產業之一，它是由布署在監測區域中的大量傳感器節點組成的自組織的無線網絡系統，網絡中各個傳感器節點協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，并將這些信息發送給感興趣的用戶。

隨著硬件技術的發展，廉價的CMOS攝像頭及麥克風的出現，出現了無線多媒體傳感器網絡(Wireless?Multimedia?Sensor?Network，WMSN)。無線多媒體傳感器網絡是一種特殊的無線傳感器網絡，是由一組具有感知、計算和通信能力的多媒體傳感器節點組成的分布式傳感器網絡。它通過節點上多媒體傳感器采集周邊環境的多種媒體信息(音頻、視頻、圖像等)，通過多跳方式將數據匯集到匯聚節點，實現全面、有效的環境監測，可廣泛應用于戰場可視化監控、環境監測、安全監控、交通監控、智能家居、醫療衛生等領域，具有廣闊的應用前景。

目標跟蹤是無線傳感器網絡的主要應用之一。無線傳感器網絡的目標跟蹤與傳統的主動跟蹤傳感器不同，傳統的主動跟蹤傳感器(如雷達)發射功率大，探測距離較遠，目標(如飛行器)運動速度快，因而傳感器在目標速度和方向上預測的一個極小誤差都可能會導致目標狀態的極大偏差，要求目標運動模型盡量準確貼近目標實際軌跡。而無線傳感器網絡中的目標跟蹤是一種被動跟蹤，目標運動速度相對較低，節點探測距離有限，節點分布高度冗余，目標丟失后容易恢復，一定程度上可以彌補預測精度的不足。

無線傳感器網絡沒有嚴格的控制中心，所有節點地位平等，是一個對等式網絡。而在目標跟蹤應用中，由于節點能力的限制，單個節點無法有效地跟蹤目標，需要多個節點進行聯合監測，并對所獲得的數據進行融合處理，提取信息，這樣在目標跟蹤過程中就有一個局部節點組織和路由的問題。主要包括以下五種：

1)集中式??所有參與監測的節點將數據通過多跳網絡直接傳送給服務器，目標的位置和軌跡在服務器中產生。這種方法由于節點的通信量龐大、延時大，在無線傳感器網絡中一般是不適用的。

2)靜態局部集中式??在網絡中安排一定量具有較強處理能力的簇頭節點，普通節點在獲得測量數據后傳到簇頭節點，簇頭節點再對數據進行處理，然后通過簇頭間的路由送到用戶終端。

3)動態局部集中式??簇頭在目標跟蹤過程中通過一定的準則動態產生，其它節點將數據傳送給動態簇頭；在目標離開簇頭監測范圍后，產生新的簇頭，原來的簇頭恢復監測狀態。

4)單點式??在目標跟蹤的過程中，始終只有一個動態頭節點在跟隨目標。它負責獲取測量值并更新目標位置。頭節點從他的鄰居節點中選取信息量最大的節點，然后將信息傳給他。這個節點就成為下一時刻的頭節點，原先的節點回到空閑狀態。這種方法有效地減少了通信能量消耗。但是當頭節點損壞或數據丟失后，跟蹤就無法進行，降低了跟蹤系統的穩定性。

5)序貫式??測量值是通過代理來獲取，在獲取過程中同時進行數據的融合。這種方法精度和能量是自適應的，在獲得滿足條件的數據后就可以進行下面的跟蹤，可以是用戶定制的，但是在傳輸過程中要考慮代碼傳輸的通信能量消耗。

無線傳感器網絡的目標跟蹤方法必須盡可能地節約成本并減少網絡中傳感器節點的能量消耗，延長網絡的壽命。

發明內容

技術問題：本發明目的是提供一種用于無線多媒體傳感器網絡的目標跟蹤方法，該方法中使用普通傳感器節點、裝有GPS模塊的傳感器節點和方向可調節的圖像傳感器節點相互協作，使用普通傳感器節點完成異常的檢測、目標的定位及傳輸數據。裝有GPS模塊的傳感器節點完成節點自身位置的獲取及普通傳感器節點的功能、圖像傳感器節點完成目標的識別，從而達到節約成本和節省節點能量消耗以延長網絡壽命的目的。

技術方案：本發明是一種無線多媒體傳感器網絡中的目標跟蹤方法，考慮到各種節點的成本、處理能力、存儲容量、能量消耗等存在較大的區別，在網絡中同時布署這些節點，其中使用圖像傳感器節點來實現監測區域中目標的識別，其它節點負責目標的定位與跟蹤。

由于圖像傳感器節點的成本較高，所以采用了方向可調節的圖像傳感器節點來完成目標的識別，從而節約成本，并不會影響目標識別的效果。圖像傳感器節點上攝像頭的方向是可以全方位調節的，在圖像傳感器的攝像頭下方裝了可根據接收到的目標位置自動調節攝像頭方向的裝置，一旦收到目標位置，則攝像頭自動調節到目標所在方向。