无线移动传感器网络的分布式目标跟踪算法研究

摘要

无线移动传感器网络是无线传感器网络的一种，由分散的移动节点组成，每个节点除了具有传统静态节点的传感、计算和通信能力外，还具有一定的机动能力，节点可以独立布置而不必依附其它物体。无线移动传感器网络对移动目标的跟踪，要求网络整体随目标的移动而移动，保持目标对网络可见，这是无线移动传感器网络的动态目标跟踪不同于传统无线传感器网络目标跟踪的最显著特点。本文主要研究了无线移动传感器网络的能量有效性、动态网络拓扑、低复杂度定位算法、分布式目标跟踪算法，并提出了无线移动传感器网络实验平台的设计方案。 在分析传统ISO七层体系结构和现有无线传感器网络体系结构的基础上，提出了符合应用需求的无线移动传感器网络节点的跨层体系结构。分析现有基于跨层的功率算法的基础上，指出现有功率控制算法存在的不足，有针对性的进行大量的实测数据实验，在对数据进行分析和处理的基础上，提出新的跨层功率控制算法的设计和实现方法。 分析现有无线传感器网络的网络拓扑算法，指出其不适合无线移动传感器网络的原因，进而提出满足无线移动传感器网络要求的层次型动态网络拓扑算法和节点自主布置算法，为实现目标定位和跟踪提供了前提。 无线移动传感器网络目标跟踪的前提是获得节点位置坐标。在大量实验数据的基础上，对数据进行统计分析，得出统计分析模型，提出一种采用RSSI测距方法、低复杂度的无线节点定位算法。算法在实际使用过程中，采用最小二乘法对数据进行修正以消除各种干扰对测量数据的影响。 无线移动传感器网络的目标跟踪算法具体划分为目标运动趋势预测和后续节点引导两个阶段，本文对每个阶段中涉及到的算法都进行了详细的论述。提出基于分布式粒子滤波DPF、结合高斯混合模型GMM和平均consensus滤波的分布式目标跟踪算法，以完成运动趋势预测；提出基于广度优先搜索BFS的节点引导算法，实现节点的后续引导。 最后，为验证无线移动传感器网络的各方面性能，缩短系统软、硬件的开发周期，通过分析和研究节点硬件和网络通信协议的开发流程，提出无线移动传感器网络实验平台的设计方案。 有关无线移动传感器网络的备方面研究，涉及微电子、机器人技术、计算技术和无线通信等多个领域，许多知识和技术都是若干学科的交叉，因此，其理论的深入研究和技术的开发应用尚有大量艰巨的工作。