面向目标跟踪的自组织传感网研究

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传感器网络是由大量自治的微型感知设备以Ad-Hoc等方式构建形成,并能够协同地对某种物理现象进行感知的网络,目标跟踪是传感器网络应用的重要方面。本文详细分析了将自组织传感器网络应用于目标跟踪应用所必须解决的多个关键问题——布局、覆盖和节点定位,并针对这些相互关联的问题提出了一套较完整的创新性解决方案。本文所做的主要工作如下: 1.提出了一种目标相关的传感器网络布局方法。针对实物实验中发现的传感器布局方面的问题,本文提出了目标相关的虚拟力布局方法,用这种方法可令原本随机分布的传感器自组织地合理排布于“感兴趣区域”(ROI)中,基于这种传感器布局,传感器之间可以根据目标位置动态调整自身位置,以获取更好的观测效果。在此基础上,我们还进一步提出了根据传感器重要性进行节点保护的策略。 2.提出了基于覆盖的传感器网络布局分析和改进策略。为了分析布局的性能并对布局进行改进,本文针对区域覆盖进行了分析,提出了一种新颖的对ROI的正三角形区域划分方法,并基于此分析得出了传感器网络的覆盖和连通概率与节点感知半径、发射半径、失效概率及节点数量的关系,该关系对传感器网络的构建具有一定的指导意义。同时,本文还分析了栅栏覆盖问题,并基于对最大支撑路径的分析和实验得出了增量式传感器布局的启发式规则,这些规则可以用来分析和完善已有布局中存在的弱点或漏洞。 3.提出了一种新的基于移动灯塔最优路径的传感器定位方法。当布局和覆盖分析完成后,本文针对矩形ROI和任意形状ROI分别给出了移动最优灯塔信号发射点获取算法,并结合旅行商算法得到周游发射点的最优路径作为灯塔移动路径。当移动灯塔按最优路径移动并在预定发射点发送无线电信号时,待定位的传感器节点即可根据三边测量法计算自身坐标,完成定位。此外,这种方法中体现了基于最优位置遍历的移动灯塔路径设计思想,这一想法很容易与现有的各种基于灯塔布局的定位算法相结合,得到一系列满足不同性能要求的灯塔路径,从而可利用移动灯塔完成原本需要多个灯塔形成特定布局方能完成的定位工作,这大大扩展了移动灯塔定位方法的适用范围。 根据以上各部分成果,我们进行了基于传感器网络的目标跟踪实验,
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