[發(fā)明專利]一種基于維諾圖的自適應(yīng)節(jié)點(diǎn)選擇的目標(biāo)跟蹤方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910143871.1
• 申請(qǐng)日: 2019-02-27
• 公開（公告）號(hào): CN109729498B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周非;董一璇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W4/029
• 分類號(hào): H04W4/029;H04W40/10;H04W40/20;H04W40/32;H04W52/02;H04W64/00;H04W84/18
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1.一種基于維諾圖的自適應(yīng)節(jié)點(diǎn)選擇的目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于，所述基于維諾圖的自適應(yīng)節(jié)點(diǎn)選擇的目標(biāo)跟蹤方法包括：

初始狀態(tài)下，所有傳感器節(jié)點(diǎn)的能量均為飽和，簇頭節(jié)點(diǎn)隨機(jī)均勻分布在網(wǎng)絡(luò)中；初始狀態(tài)外，簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)閾值設(shè)定進(jìn)行優(yōu)先選擇；

在網(wǎng)絡(luò)中，將傳感器節(jié)點(diǎn)利用維諾圖進(jìn)行分簇，每個(gè)簇中有且僅有一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)、多個(gè)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)；

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中無目標(biāo)進(jìn)入時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)，能量消耗低；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有目標(biāo)進(jìn)入時(shí)，目標(biāo)當(dāng)前所在維諾圖的多邊形區(qū)域中簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)根據(jù)節(jié)點(diǎn)選擇方法進(jìn)行部分激活，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測；

目標(biāo)所在維諾圖的多邊形區(qū)域中簇頭節(jié)點(diǎn)將激活節(jié)點(diǎn)檢測到的數(shù)據(jù)匯總處理；

利用擴(kuò)展卡爾曼濾波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，目標(biāo)進(jìn)入下一時(shí)刻，直至目標(biāo)走出該網(wǎng)絡(luò)區(qū)域；

簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的激活方法包括：

使用貪婪算法來選擇和調(diào)度節(jié)點(diǎn)；設(shè)置節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)t，若目標(biāo)所在多邊形內(nèi)的普通節(jié)點(diǎn)剩余能量大于設(shè)置的能量閾值，列為候選節(jié)點(diǎn)，再根據(jù)能量大小排序，取能量最大的t個(gè)節(jié)點(diǎn)變?yōu)榧せ罟?jié)點(diǎn)，如果剩余能量相同，則選擇距離簇頭節(jié)點(diǎn)較近的候選節(jié)點(diǎn)激活，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；

使用貪婪算法來選擇和調(diào)度節(jié)點(diǎn)；設(shè)置節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)t，若目標(biāo)所在多邊形內(nèi)的普通節(jié)點(diǎn)剩余能量大于設(shè)置的能量閾值，列為候選節(jié)點(diǎn)，再根據(jù)能量大小排序，取能量最大的t個(gè)節(jié)點(diǎn)變?yōu)榧せ罟?jié)點(diǎn)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；

簇頭選取的方法具體包括：0時(shí)刻，網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)能量均為飽和，簇頭節(jié)點(diǎn)Voronoi圖中隨機(jī)分布；其余時(shí)刻，簇頭選擇根據(jù)Fisher信息矩陣的擴(kuò)展卡爾曼濾波方法，計(jì)算當(dāng)前簇中各節(jié)點(diǎn)的Fisher信息判據(jù)，獲得信息度量，并自動(dòng)選擇第一個(gè)具有最大度量的節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)；利用下式選擇最大信息判決：

node為S^*(k)中選出的使信息判決最大的節(jié)點(diǎn)；如果節(jié)點(diǎn)的剩余的能量值大于閾值，成為候選節(jié)點(diǎn)，否則將成為休眠節(jié)點(diǎn)；

其中，α代表控制閾值系數(shù)；將Voronoi圖所有節(jié)點(diǎn)依次進(jìn)行判斷，將滿足條件的簇頭節(jié)點(diǎn)廣播候選信息1，剩余節(jié)點(diǎn)在接收到信號(hào)后不參與候選簇頭節(jié)點(diǎn)，并且狀態(tài)設(shè)置為0。

2.如權(quán)利要求1所述的基于維諾圖的自適應(yīng)節(jié)點(diǎn)選擇的目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于，簇頭的選擇中，在觀測區(qū)域中傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署，簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)計(jì)算位置坐標(biāo)并收集該多邊形內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)采集的感知信息；當(dāng)目標(biāo)處于中某一Voronoi多邊形內(nèi)時(shí)，多邊形內(nèi)的簇頭節(jié)點(diǎn)然后選擇剩余能量高、距離簇頭節(jié)點(diǎn)近的傳感器進(jìn)行激活，剩余節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)；簇頭節(jié)點(diǎn)與激活節(jié)點(diǎn)共同探測目標(biāo)，激活節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)處理位置計(jì)算，則簇頭節(jié)點(diǎn)與激活節(jié)點(diǎn)共同完成定位工作。

3.如權(quán)利要求1所述的基于維諾圖的自適應(yīng)節(jié)點(diǎn)選擇的目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于，簇頭的選擇具體包括：根據(jù)Fisher信息矩陣的擴(kuò)展卡爾曼濾波方法，計(jì)算當(dāng)前簇中各節(jié)點(diǎn)的Fisher信息判據(jù)，獲得信息度量，并自動(dòng)選擇第一個(gè)具有最小度量的節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)；

4.如權(quán)利要求1所述的基于維諾圖的自適應(yīng)節(jié)點(diǎn)選擇的目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于，網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇中，Voronoi圖根據(jù)K個(gè)不同的點(diǎn)，將平面分為K個(gè)區(qū)域，使多邊形區(qū)域內(nèi)任意一點(diǎn)到該點(diǎn)的距離均小于到其它多邊形區(qū)域內(nèi)點(diǎn)的距離。

5.如權(quán)利要求1所述的基于維諾圖的自適應(yīng)節(jié)點(diǎn)選擇的目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)激活方法具體包括：

傳感器節(jié)點(diǎn)i向節(jié)點(diǎn)j傳輸1b數(shù)據(jù)；公式中的能量消耗E_c(s_i,s_j)是節(jié)點(diǎn)之間的傳輸能量消耗E_t(s_i,s_j)與節(jié)點(diǎn)j的接收能量消耗E_r(s_j)之和：

E_r(s_j)＝e_r；

設(shè)置節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)閾值為3，若目標(biāo)所在多邊形內(nèi)的普通節(jié)點(diǎn)剩余能量大于E_c(s_i,s_k)，其列為候選節(jié)點(diǎn)，再根據(jù)能量大小排序，取能量最大的3個(gè)節(jié)點(diǎn)變?yōu)榧せ罟?jié)點(diǎn)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。