基于無線傳感器網(wǎng)絡的分布式定位跟蹤系統(tǒng).pdf

1、作為一種新興的IT熱點技術，無線傳感器網(wǎng)絡在軍事與民用諸多領域有著廣闊的應用前景。目標跟蹤是它最具代表性和挑戰(zhàn)性的應用。目標跟蹤的極端復雜性與無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點能力相對不足形成矛盾。分布式是無線傳感器網(wǎng)絡的本質(zhì)特征，也是解決這對矛盾的有力武器。通過鄰域節(jié)點間的協(xié)同工作，克服單個節(jié)點的能力不足，從而滿足目標跟蹤的應用需求。本學位論文研究無線傳感器網(wǎng)絡目標跟蹤的基本理論、關鍵技術與系統(tǒng)實現(xiàn)。 首先，鑒于網(wǎng)絡覆蓋是目標跟蹤的重要前提，

2、本文研究任意給定節(jié)點分布下的網(wǎng)絡覆蓋質(zhì)量度量方法，特別是面向目標跟蹤的“路徑曝光”度量方法。提出了面向區(qū)域覆蓋的Grid Scan算法，并將之擴展到柵欄覆蓋。進一步，分別針對區(qū)域覆蓋與柵欄覆蓋，提出旨在改善網(wǎng)絡覆蓋質(zhì)量的貪婪式節(jié)點再部署方法。 本文按照測距、定位、跟蹤依次遞進的邏輯展開目標跟蹤研究。在分析現(xiàn)有聲音測距方法誤差來源的基礎上，提出基于聲源端時延消除與頻率檢測的兩種測距方法：SDE-FD-TDoA與SDE-ToA<'2

3、>，其中前者基于單向TDoA，后者基于雙向ToA平均。前者的準確度較高，而后者無需節(jié)點間時間同步。雖然基于測距的定位方法有定位精度高、定位算法簡單等特點，但是它在可擴展性、硬件成本、方向性等方面存在不足，因此本文繼續(xù)研究了基于射頻信號的免測距定位方法，提出基于射頻信號強度與連接性的加權質(zhì)心定位方法W-Centroid，它具有簡單易行、擴展性好、硬件成本低等優(yōu)點，且定位精度可以接受。 接著，著眼于室外環(huán)境，提出基于射頻信號的分布式

4、目標跟蹤系統(tǒng)Nemo-Track。隨著目標的移動，目標附近的節(jié)點通過首領選舉，自發(fā)地形成動態(tài)跟蹤組，負責目標的定位；而遠離目標的節(jié)點進入休眠狀態(tài)，從而有效地延長網(wǎng)絡壽命。首領節(jié)點運行著微數(shù)據(jù)庫用于存儲與管理成員節(jié)點匯報的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)庫具有較高的時間效率與空間效率，適用于應對多成員節(jié)點同時向首領匯報引起的“匯報風暴”問題?；诠?jié)點的匯報數(shù)據(jù)，首領節(jié)點進行數(shù)據(jù)聚合，即使用加權質(zhì)心定位算法進行目標位置估計，有效降低網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)傳輸量。為了將首

5、領節(jié)點的位置估計可靠地傳輸?shù)交?，設計了基于最小代價樹和本地父節(jié)點切換的可靠多跳路由協(xié)議?；诔跏嘉恢霉烙嫞臼褂肒alman濾波器濾去噪聲，獲得平滑的目標軌跡。NemoTrack具有可擴展性好、無需額外硬件、低能耗設計等特點。最后，著眼于室內(nèi)環(huán)境，提出基于射頻信號的分布式室內(nèi)定位系統(tǒng)iN-emo。系統(tǒng)具有分層定位的特點，提供房間級區(qū)分與隔間級定位兩層次精度。系統(tǒng)通過鄰居參考節(jié)點間的交互，自動建立本地的信號強度地圖，與傳統(tǒng)室內(nèi)定位系統(tǒng)