无线传感网络中能效优化的目标追踪算法研究

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目标追踪作为无线传感网络的一项重要技术,目前已经广泛应用于军事追踪,环境监测和入侵者追踪等领域。因为传感器节点能量资源有限,所以追踪精度与无线传感网络的能耗一直是目标追踪所面临的主要问题。因此,为了平衡追踪精度与传感器节点能耗之间的矛盾,本文在保证追踪精度满足需求的前提下,以降低激活的传感器节点数量,优化传感器节点的部署位置为目标展开研究。受到噪声的干扰,目标节点在无线传感网络的运动过程中体现出的非线性程度不同。目标节点运动的非线性程度越小,则所需的观测数量也随之减少,因此每次观测都激活固定数量的传感器节点会造成能量上的浪费。针对这个问题,本文给出一种动态调节激活传感器节点数量的目标追踪算法。该算法首先根据目标节点的预测协方差来估计目标节点下一时刻可能出现的区域,即误差椭圆,然后利用平均测量残差作为误差指示器,动态地调节所需激活传感器节点的数量。仿真结果表明,基于误差椭圆的自适应节点选择目标追踪算法能够在保证追踪精度不下降的前提下,动态地调节每一时刻所需激活的传感器节点数量,降低所需激活的传感器节点数量。为了进一步提高追踪精度,本文根据信息滤波的更新过程提出了一种传感器节点部署方案。传感器节点在对目标节点进行观测时,传感器节点与目标节点的相对位置会对观测向量所包含的信息产生影响,观测向量所包含的信息越多则对目标节点状态的修正越准确。因此根据目标节点预测状态所产生的预测协方差和所需激活的传感器节点数量,可以求得能够提供最多信息量的传感器节点位置,然后考虑传感器节点自身剩余能量,对传感器节点进行调度部署,最后激活部署在最优观测位置的传感器节点对目标节点的观测。仿真结果表明基于最大信息量的传感器节点部署方案能够有效的提升追踪精度,进一步降低所需激活的传感器节点数量。
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