[发明专利]无线传感器网络自组织节点选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种网络节点的选择方法，特别是一种无线传感器网络自组织节点选择方法。 

背景技术

无线通信、集成电路、传感器以及微型机电系统等技术的飞速发展使大量生产低成本、低功耗、多功能的微型无线传感器成为可能，这些微型无线传感器具有无线通信、数据采集、分布式处理、协同合作等功能和特点。无线传感器网络就是由大量随机分布的此类集成有传感器、数据处理单元和通信模块的节点通过自组织方式构成的网络，其目的是协作地感知、采集、处理和发布覆盖区域中的目标信息，并将这些信息通知给用户。 

面向纯方位目标跟踪的无线传感器网络具有隐蔽性能好、定位精度较高、部署速度快等优点，是传统定位跟踪系统，特别是战场跟踪系统的重要补充形式，因此无线传感器网络移动目标跟踪方法的研究十分重要。该研究主要解决如何充分发挥无线传感器网络分布式(分布式融合节点数据)和自组织(自适应选择高性能节点组合完成任务)的特点来高效解决不确定性强(目标的个数，状态，种类)和干扰性高(网络节点数据处理和通信能力有限，放大了噪声和目标之间的干扰的影响)的目标跟踪问题。就整个网络范围而言，跟踪性能与目标和各个节点的拓扑有密切的关系，在某一时刻无线传感器网络中各个节点对同一跟踪目标提供的定位精度是不同的；就单个节点而言，节点的能量一般采用电池供应，能量储备有限，不允许节点无限制地工作。因此这种无线传感器网络需要进行工作节点的选择，通过在每个采样时刻选择定位性能最好的几个节点来定位目标，达到既获得较好的定位跟踪效果，又节省网络整体能量消耗的目的。

目前，现有技术的节点选择方法是一种基于全局节点位置信息的选择方法，以网络全部节点作为备选节点，不仅采用近似遍历的方式选择节点组合，还要求每个节点掌握网络中所有节点的位置信息，存在运算负担大、存储需求大、结构复杂、鲁棒性和可扩展性不强等缺陷。 

发明内容

本发明的目的是提供一种无线传感器网络自组织节点选择方法，有效解决现有基于全局节点位置信息选择方法存在的技术缺陷。 

为了实现上述目的，本发明提供了一种无线传感器网络的节点选择方法，包括： 

步骤1、在当前采样时刻，将工作节点集合划分为第一节点集合和第二节点集合，其中，所述工作节点集合由当前采样时刻的工作节点组成，所述第一节点集合由工作节点集合中定位性能好的工作节点组成，所述第二节点集合由工作节点集合中第一节点集合以外的工作节点组成； 

步骤2、根据所述第二节点集合中各工作节点关于所述第一节点集合的差分收益确定工作门限；其中，节点i关于节点组合N_a的差分收益dB(i|N_a)为：dB(i|N_a)＝B(i∪N_a)-B(N_a)，式中，B(i∪N_a)为节点i与节点组合N_a形成新的节点组合后的组合收益，B(N_a)为节点组合N_a的组合收益； 

步骤3、所述工作节点集合中的各工作节点广播跟踪任务信息，所述跟踪任务信息包括工作节点的位置信息、预测目标状态向量、滤波器的协方差预测矩阵和所述工作门限； 

步骤4、空闲节点接收所述跟踪任务信息后，根据自身的位置信息和所述跟踪任务信息判断是否能在下一采样时刻加入第一节点集合，是则广播加入决定，否则继续保持空闲状态； 

所述步骤3包括： 

步骤31、所述工作节点集合中每个工作节点计算其与目标预测位置之间的预测距离； 

步骤32、根据所述工作门限确定门限距离； 

步骤33、根据所述预测距离和门限距离，所述工作节点集合中的每个工作节点计算最远距离； 

步骤34、所述工作节点集合中的每个工作节点以所述最远距离为广播半径广播跟踪任务信息，所述跟踪任务信息包括工作节点的位置信息、预测目标状态向量、滤波器的协方差预测矩阵和所述工作门限。 

所述步骤1包括： 

步骤11、在当前采样时刻，所述工作节点集合中的各工作节点测量目标； 

步骤12、各工作节点融合各自的测量结果，更新当前采样时刻的目标状态向量和协方差矩阵； 

步骤13、根据所述当前采样时刻的目标状态向量和协方差矩阵，各工作节点预测下一采样时刻的预测目标状态向量和滤波器的协方差预测矩阵；