专利名称：一种无线传感器网络中的移动目标跟踪方法
技术领域：
本发明涉及一种用于无线传感器网络中的移动目标跟踪方法，属于无线传感器网络领域。
背景技术：
无线传感器网络由分布在监测区域的大量传感器节点组成，每个传感器节点都具有感知、存储、处理信息，以及与其他传感器节点通信的功能。目标跟踪是无线传感器网络的重要应用之一，主要用于军事、环境监测、病人健康监测和野生动物研究等领域。由于传感器节点携带的电量有限，且在很多应用领域中为传感器节点更换电池很困难，如何在目标跟踪时节约传感器节点能量成为无线传感器网络面临的一大挑战。因此，在跟踪的过程中如何只让小部分节点跟踪目标，而大部分节点休眠，已成为许多文献研究的内容。RARE-Area和RARE-Node算法，参见“超级计算机”杂志，51卷第2期中“无线传感器网络中应用质量监控设计的一种能量有效的目标跟踪算法”一文，第131-148页(Guo M, Olule E and Wang G. Designing energy efficient target tracking protocolwith quality monitoring in wireless sensor networks. Supercomputing,2010,51(2)131-148。下同)通过减少发送给簇头的数据包数量来减少能量消耗。GPBA算法参见“计算机通信”杂志中“基于全局概况的一种能量最小化传感器网络目标跟踪算法” 一文，(Oscar Garcia, Alejandro Quintero and Samuel Pierre. A Global Profi le-basedAlgorithm for Energy Minimization in Object Tracking Sensor Networks. ComputerCommunications2010, 33 :736-744.)通过统计目标的历史运动轨迹,建立一个表格来记录目标在各个区域停留的次数，通过查阅表格来确定目标下一时刻的位置，然后唤醒这个位置附近的节点。为了维护并更新目标的运动轨迹表，基站需要记录网络中所有节点的位置，并不断向所有节点广播目标的运动轨迹，耗费大量的通信资源和能量资源。因此，一种自组织跟踪方法，参见“航空学报”中“一种无线传感器网络的自组织目标跟踪算法”(XuZhen, Rui Liyang. A Self-organizing Bearings-only Target Tracking Algorithm inWireless Sensor Networks. Chinese Journal of Aeronautics,2009,22 :627-636.)被提出，避免了基站在全网广播目标信息。一种基于预测的算法(Prediction-basedProtocol)，参见中南工业大学学报，“一种基于预测的能量有效的无线传感器网络目标 跟踪算法” 一文，(BHUIYAN Μ. Z. A. , Wang Guo-jun and Zhang Li. Prediction-basedenergy-efficient target tracking protocol in wireless sensor networks.Cent.South Univ. Techonl. ,2010,33 :736-744.)根据目标当前移动的方向和速度来预测目标下一步的位置，然后唤醒目标周围的节点，但是当目标移动方向不断变化时，则不能准确预测目标位置。由此可见，如何在保证跟踪的准确性的同时减少能量消耗，是需要解决的一个问题
发明内容
发明目的本发明的目的是提供一种用于无线传感器网络中的移动目标跟踪方法，达到准确跟踪并减少能量消耗的目的。技术方案为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案一种无线传感器网络中的移动目标跟踪方法，该方法包括以下步骤(I)监测区域由管理节点和普通节点组成；将监测区域划分为若干正方形网格区域，每个正方形网格区域的中心放置一个管理节点；正方形网格区域内还设有若干普通节点，每个普通节点有若干邻居普通节点，邻居普通节点通过如下方法确定处于普通节点的一跳通信范围内的其余普通节点定义为该普通节点的邻居普通节点；正方形网格的边长定义为d = ^JlRd其中d为网格边长，Rd为管理节点的感知距离，Rd为正方形网格区域的对角线长度的1/2 ;普通节点用于监测目标、获取目标信息、传输数据；管理节点用于定位自身位置、调度普通节点跟踪在其管辖区域内的目标、计算目标位置，管理节点与基站互相通信，管理节点还与其管辖区域内的普通节点互相通信；(2)各个管理节点获取自身位置坐标，并将自己的位置坐标和ID发送给基站，基站向各管理节点发送它们的邻居管理节点的坐标信息，管理节点接收并储存；管理节点在其感知范围内广播自身位置信息和ID，普通节点根据接收到的信息计算自己的位置，并将自己的位置和ID发送给管理节点，然后所有各普通节点进入休眠状态；管理节点确定自己的管辖区域，管辖区域四个顶点的坐标值分别为
权利要求
1.一种无线传感器网络中的移动目标跟踪方法，其特征在于该方法包括以下步骤 (1)监测区域由管理节点和普通节点组成；将监测区域划分为若干正方形网格区域，每个正方形网格区域的中心放置一个管理节点；正方形网格区域内还设有若干普通节点，每个普通节点有若干邻居普通节点，邻居普通节点通过如下方法确定处于普通节点的一跳通信范围内的其余普通节点定义为该普通节点的邻居普通节点；正方形网格的边长定义为 d = \f2Rd 其中d为网格边长，Rd为管理节点的感知距离，Rd为正方形网格区域的对角线长度的1/2 ;普通节点用于监测目标、获取目标信息、传输数据；管理节点用于定位自身位置、调度普通节点跟踪在其管辖区域内的目标、计算目标位置，管理节点与基站互相通信，管理节点还与其管辖区域内的普通节点互相通信； (2)各个管理节点获取自身位置坐标，并将自己的位置坐标和ID发送给基站，基站向各管理节点发送它们的邻居管理节点的坐标信息，管理节点接收并储存；管理节点在其感知范围内广播自身位置信息和ID，普通节点根据接收到的信息计算自己的位置，并将自己的位置和ID发送给管理节点，然后所有各普通节点进入休眠状态；管理节点确定自己的管辖区域，管辖区域四个顶点的坐标值分别为
2.根据权利要求I所述的无线传感器网络中的移动目标跟踪方法，其特征在于步骤(1)中，每个普通节点有4至6个邻居普通节点。
3.根据权利要求I所述的无线传感器网络中的移动目标跟踪方法，其特征在于步骤(2)中，每个普通节点在目标跟踪的过程中，设定一个时间值，当被唤醒的普通节点在设定的时间值内未发现目标时，则自动进入休眠状态。
4.根据权利要求I所述的无线传感器网络中的移动目标跟踪方法，其特征在于步骤(4)中，多个被唤醒的普通节点均向其管理节点发送数据包，数据包由普通节点的ID、距离目标的距离、剩余电量封装而成，管理节点从这些节点中选择一个主跟踪节点和两个次跟踪节点，步骤如下 (1)管理节点计算各普通节点被选择的可能性，表示如下
5.根据权利要求I所述的无线传感器网络中的移动目标跟踪方法，其特征在于步骤(6)中，如果被唤醒的邻居管理节点没有监测到目标信息时，当前的管理节点判定目标丢失，则采用下面的补救措施，首先，当前的管理节点唤醒其感知范围内的所有普通节点进入监测状态；如还没发现目标，则向基站发送请求信息，基站唤醒监测区域内所有管理节点，进而所有的普通节点也全部被唤醒对目标进行全网搜索，发现目标的管理节点向基站报告，基站再将目标的信息发送给目标所在区域的管理节点，其他管理节点进入休眠态。
6.根据权利要求I所述的无线传感器网络中的移动目标跟踪方法，其特征在于在每个采样时间段内，每个采样时间段被分成若干时隙，每个普通节点都被分到一个时隙来传输探测到的目标信息；管理节点也留有单独的时隙，管理节点在时隙内要完成以下任务从监测到目标的普通节点中选择一个主跟踪节点和两个次跟踪节点，计算目标在该采样时间段初始时间点的位置，接收基站发送的命令；选择下一个采样时间段需要唤醒的节点，并通知它们进入监测状态。
7.根据权利要求6所述的无线传感器网络中的移动目标跟踪方法，其特征在于采样时间段的长度被定义如下LS = (n+2) X LT 其中LS为一个采样时间段的长度，LT是一个时隙的长度，n为被唤醒的节点的数目。
全文摘要
本发明公开了一种无线传感器网络中的移动目标跟踪方法，本发明对监测区域实行分区管理，每个区域的跟踪任务由一个管理节点负责，不需要基站采集所有节点的位置信息；管理节点根据前一个采样时间段主跟踪节点的位置确定下一个采样时间段需要唤醒的节点。在每个采样时间段内，只有小部分节点处于监测或活动状态，大部分节点保持休眠；监测到目标的普通节点只需向管理节点发送信息，无需互换信息；当目标跟丢时，首先在一个区域内进行搜索，搜索失败时再进行全网搜索；这些措施减少了节点的能量消耗和节点间的通信次数，延长了网络的生命周期，节省了通信资源。
文档编号H04W40/20GK102638863SQ20121007367
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月20日 优先权日2012年3月20日
发明者张淳, 费树岷 申请人:东南大学