[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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本發(fā)明屬于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)和目標(biāo)跟蹤技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，公開了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)，以Voronoi圖作為網(wǎng)絡(luò)模型，將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇，簇內(nèi)有激活節(jié)點(diǎn)、休眠節(jié)點(diǎn)和唯一的簇頭節(jié)點(diǎn)。依據(jù)提出的節(jié)點(diǎn)選擇算法對(duì)Voronoi圖區(qū)域中的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行部分激活，并且擴(kuò)展卡爾曼濾波用于進(jìn)行目標(biāo)跟蹤。實(shí)施本發(fā)明，能夠使算法具有較低的能量消耗和較高的跟蹤精度，可以實(shí)現(xiàn)降低傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期；大大改善了能量均衡問題，并且簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)通過(guò)貪婪算法與閾值的設(shè)定，有效降低激活節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)和目標(biāo)跟蹤技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及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)。

背景技術(shù)

目前，最接近的現(xiàn)有技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)與計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless SensorNetworks,WSN)也得到了迅速發(fā)展，并在野生動(dòng)物監(jiān)測(cè)、工業(yè)生產(chǎn)、軍事環(huán)境、環(huán)境監(jiān)測(cè)、衛(wèi)生醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。WSN由大量具有傳感、數(shù)據(jù)處理和無(wú)線通信組件及基站(Base Station,BS)的低功率、廉價(jià)傳感器組成，WSN中每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都能夠計(jì)算、通信和處理數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點(diǎn)依靠電池進(jìn)行供電，沒有蓄電功能，并且無(wú)法更換電池，而目標(biāo)跟蹤需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作，大量節(jié)點(diǎn)時(shí)刻保持工作狀態(tài)，會(huì)消耗大量能量，當(dāng)一部分節(jié)點(diǎn)能量耗盡，則會(huì)出現(xiàn)通信空洞和覆蓋空洞等情況。

WSN中，目標(biāo)跟蹤是極其重要且經(jīng)典的應(yīng)用之一。室外的目標(biāo)跟蹤通常利用衛(wèi)星進(jìn)行勘測(cè)，但室內(nèi)及其他偏遠(yuǎn)地區(qū)，衛(wèi)星信號(hào)較弱，無(wú)法及時(shí)有效地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位及跟蹤，而傳感器體積小、重量輕、可移動(dòng)、便于部署、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，適合軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：

(1)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，往往由于傳感器節(jié)點(diǎn)能量耗盡，導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)低效操作，甚至出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)空洞的情況。而且現(xiàn)有技術(shù)不能降低節(jié)點(diǎn)空洞和效率低下的情況發(fā)生。

(2)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，簇頭節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇，可能會(huì)出現(xiàn)簇頭節(jié)點(diǎn)分布不均勻或簇頭節(jié)點(diǎn)的能量無(wú)法支撐網(wǎng)絡(luò)對(duì)目標(biāo)的跟蹤。

(3)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，跟蹤目標(biāo)的節(jié)點(diǎn)過(guò)多，會(huì)造成能量浪費(fèi)和節(jié)點(diǎn)冗余現(xiàn)象，能量過(guò)度浪費(fèi)后，網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)無(wú)法進(jìn)行跟蹤工作，或者存留的節(jié)點(diǎn)較少，目標(biāo)跟蹤精度降低，甚至網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)空洞、目標(biāo)丟失等現(xiàn)象。

解決上述技術(shù)問題的難度：

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為密集型網(wǎng)絡(luò)，需要在大量的節(jié)點(diǎn)中尋找適合的節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，對(duì)激活節(jié)點(diǎn)收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，如何設(shè)計(jì)一種算法找出合適的簇頭節(jié)點(diǎn)并更新是本發(fā)明的難點(diǎn)之一；目標(biāo)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)中，傳感器內(nèi)部分節(jié)點(diǎn)激活，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，如何在目標(biāo)所在簇內(nèi)激活一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，是本發(fā)明的另一個(gè)難點(diǎn)。

解決上述技術(shù)問題的意義：

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于密集型網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中需要部署大量的傳感器，一般采用較為廉價(jià)的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行部署，若傳感器節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)小規(guī)模故障或能量不足等情況，直接會(huì)影響目標(biāo)跟蹤的精度，現(xiàn)有的傳感器節(jié)點(diǎn)能量依靠電池供電，無(wú)法蓄電，節(jié)點(diǎn)能量耗盡時(shí)該節(jié)點(diǎn)無(wú)法繼續(xù)工作，因此如何降低傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗問題是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中極為關(guān)鍵的一環(huán)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了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)。主要利用維諾圖為網(wǎng)絡(luò)模型，擴(kuò)展卡爾曼濾波為跟蹤方式，通過(guò)對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行選擇和調(diào)度，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，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；