无线传感器网络中能量高效的目标跟踪算法研究

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无线传感器网络(Wireless sensor networks, WSN)是传感器节点随机部署在空间区域内,通过无线多跳的方式传输监测数据,最终传送到用户终端的网络系统。近年来无线传感器网络运用越来越广泛,但是由于网络的能量受限,因此如何权衡应用设计要求和最大程度的节省能量成为研究无线传感器网络的核心问题。论文首先介绍了基于分簇的无线传感器网络目标跟踪算法。为了达到能量高效利用的目的,基于分簇提出一种目标跟踪算法,该算法将目标的运动过程看作是高斯马尔可夫模型,根据目标历史轨迹,估计下一时刻目标的位置坐标信息和运动速度,然后基于估计结果优化选择分簇的簇头和簇成员,形成一个动态簇来实现目标跟踪。在前述研究算法基础上,为了节省能源和均衡网络能效,提出了一种改进的基于能量高效的无线传感器网络分簇算法。该算法通过建立网络能量优化模型来计算最优簇头数,并结合节点向心度、无线通信模型和数据流守恒等约束条件组成非线性规划方程来选择簇头,形成动态簇。最后对本文提出的两种算法进行了仿真验证。仿真结果表明,前者使目标的跟踪精度得到提高,基本上满足了实际应用要求;后者侧重于均衡网络能效,延长网络寿命,通过计算最优簇头数,加以划分小区域,进行簇内选举,与经典算法相比较达到了均衡网络能耗和延长寿命的效果。
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