[发明专利]能量有效的目标跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种无线络技术领域的方法，具体是一种用于无线传感器网络的能量有效的目标跟踪方法。

背景技术

随着计算机网络、无线通信和微小型系统的发展，融合以上三种技术的无线传感器网络应运而生。无线传感器网络带来了一种全新的信息获取与处理模式，将深刻影响着信息技术的未来发展。目标跟踪是无线传感器网络最具代表性和挑战性的应用，最具代表性的应用场景如军事、环境监测、医疗卫生、工业自动化、公共安全等方面。

无线传感器网络的微型传感器节点一般采用电池供电，这使得无线传感器网络的一大特点就是能量受限，而节点无线收发通信耗费的能量最多。为了延长网络寿命首先考虑的因素是提高能量效率，而合理的带宽分配是提高能量效率的有效途径。因此，如何在网络使用过程中在保证跟踪精度的情况下使得能量消耗最小，或者反过来在满足能量有效性的情况下使得跟踪精度最小，是面向目标跟踪的无线传感器网络所面临的关键问题，在这方面的研究与探索具有重要的理论意义和应用价值。

经过对现有技术的检索发现，现有的无线传感器网络目标跟踪技术大都基于均匀网格型的传感器网络，而且各传感器节点的信息传输带宽平均分配且固定不变。如中国专利申请号200810103125.1，名称为“一种无线传感器网络的目标跟踪方法”，其基于的网络即为网格型传感器网络，采用基于均值漂移方法对目标的状态进行估计，以确定目标的位置和速度；又如中国专利申请号200810225565.4，名称为“一种无线传感器网络目标定位与跟踪方法”，根据传感器节点测量信息预估计目标位置，建立包括目标预估计位置的学习区域，从而利用多项式核函数和支持向量机确定目标的位置，并发给基站；但其中节点与基站间的带宽为预先确定且固定不变的。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种能量有效的目标跟踪方法，网络内的节点动态分簇，簇成员节点将量化信息传给簇首节点，并通过跟踪精度和能量消耗为指标来优化节点的带宽分配，从而使得目标跟踪的精度更高、信息的传输能量更省、整个网络的生命周期更长。

本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤：

步骤一、被激活节点进行传感器动态分簇，以确定簇首节点和簇成员节点，同时生成观测信息；

所述的被激活节点是指目标所在位置周围的传感器节点中，超过感测阈值的节点被唤醒；即目标所在位置传感器的感测范围内的节点均被激活。此方法同样地适用于感测范围为矩形或者其它形状的传感器网络。

所述的传感器动态分簇处理包括以下步骤：网络中被激活的各个节点广播自身的剩余能量E_r；然后各个节点计算位于相同的簇范围内与其它网络节点的平均距离最后根据本地节点剩余能量E_r和平均距离meanD的加权和确定网络节点中的簇首节点，其余网络节点作为簇成员节点。

所述的观测信息是指传感器节点针对目标所形成的测量信息，可以是能量、方位角，亦可以是其它形式的被动或主动测量值。

步骤二、激活节点对观测信息进行量化处理后传输给簇首节点；

所述的量化处理是指：当上一个跟踪周期内观测信息中簇首节点的反馈带宽非零，则测量目标相关量值；否则计算激活周期，超时则休眠；

所述的测量目标相关量值是指：激活节点按上一跟踪周期内观测信息中簇首节点的反馈带宽对观测值进行均匀量化处理、概率均匀量化处理、对数量化处理或compand量化处理中的一种，然后将量化后的观测信息传输给簇首节点。

步骤三、簇首节点根据量化后的观测信息进行目标状态预测与估计处理，生成目标在当前时刻的状态估值，如目标位置、速度等；同时，优化确定各个簇成员节点的带宽分配，并进行带宽反馈和用户查询响应操作。

所述的目标状态预测与估计，包括以下步骤：将量化后的观测信息进行还原，并根据还原后的观测信息进行扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波、粒子滤波或交互式多模型滤波；

所述的带宽反馈操作是指簇首节点将带宽分配值反馈给簇内各节点；

所述的用户查询响应操作是指：当用户查询目标跟踪结果，簇首节点则向其响应传输相关结果。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.传感器动态分簇，根据剩余能量和平均距离二者的加权和确定簇首节点，在最大程度上使得族首与成员节点之间信息传递的能量最小，并且在确定族首时考虑了所有激活节点的剩余能量，选用剩余能量较多的节点作为族首，从而延长了整个网络的生命周期；

2.量化传输观测值，减少了子节点与簇首节点之间信号传输的能量；