[发明专利]一种无线传感器网络动态分簇目标跟踪方法及装置

说明书

本发明实施例公开了一种无线传感器网络动态分簇目标跟踪方法及装置，用于解决在无线传感器网络应用中簇成员将探测信息发送给簇头节点时，节点重传导致的网络能耗升高，以及如何优化簇头选择策略，进一步优化跟踪簇域能耗的技术问题。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络目标跟踪领域，尤其涉及一种无线传感器网络动态分簇目标跟踪方法及装置。

背景技术

目标跟踪是无线传感器网络(wireless sensornetwork，WSN)的一个重要且典型的应用，因其可快速部署、可自组织、实时性好、隐蔽性强等特点，非常适合军事跟踪监视、自然灾害救助、交通监控等场景。

传感器网络目标跟踪算法涉及跟踪精度、跟踪时延、通讯开销、节点能量消耗等因素。Kan Zheng et al.提出了自适应加权K近邻(Adaptive Weighted K-NearestNeighbour,AWKNN)跟踪算法，根据环境因素自适应选择K参数提高跟踪精度。Yujiao Zheng et al.提出压缩感知应用于传感器网络目标跟踪。S Vasuhi et al.提出基于交互式多模型(Interactive Multiple Model,IMM)卡尔曼滤波目标跟踪算法，提高对非线性运动目标跟踪精度。在大规模的目标跟踪传感器网络中，网络节点动态分簇跟踪模型具有能量高效、跟踪及时等优点。Juan Feng et al.提出节点协作和自适应信息采集策略(coordinated and adaptive information collecting strategy,CAICS)减少冗余信息的传输，降低网络跟踪能耗。Walchli et al.提出了对于匀速运动目标的动态分簇与簇头选择策略。周红波等学者在簇首选择时考虑了节点的剩余能量，可以有效地避免簇首节点能量不足导致的跟踪失败。文献提出的动态簇头选择方法，充分考虑节点的剩余能量与网络节点平均剩余能量，提高网络生命周期。蔡自兴等学者提出了一种簇内节点能量均衡的多目标动态分簇跟踪方法。冯林方等学者提出动态唤醒无线传感器网络中部分传感器节点形成分簇，并选择合适的簇首和采样间隔进行目标跟踪。肖胜等学者提出通过设置簇内传感器节点数目门限，自适应地调整簇的激活半径，通过多传感器节点的协作处理提高目标跟踪精度。文献提出引入有效的预测机制，通过避免盲目的唤醒网络中的节点和降低跟踪延迟，可以进一步增强网络的跟踪性能，但同时也加重了簇头节点的计算负担，过快的消耗了簇头节点能量。

提高跟踪精度，降低网络跟踪能耗依然是无线传感器网络目标跟踪应用中的关键问题。上述研究没有考虑簇头在收集各簇员信息时会产生信道争用，各信号之间相互干扰，产生数据碰撞，数据重传将导致网络能耗升高问题。监测区域节点随机部署，目标在移动过程中周期性地发送射频信号，附近传感器节点感知目标后，自适应形成动态簇，其他节点继续进入休眠状态以节省能量，簇头节点收集簇员节点的探测数据，执行目标定位算法完成目标跟踪任务。当簇域内多个传感器节点探测到目标，同时向簇头节点发送各自探测数据将会出现信道冲突问题，在无线传感器网络应用中，信道冲突问题如果不及时处理则会造成局部信道阻塞、数据丢失，节点重传率高将会加重网络能耗，影响整个网络应用的稳定性。簇成员将探测信息发送给簇头节点时，节点重传将导致网络能耗升高问题，如何优化簇头选择策略，维持跟踪精度的同时，进一步优化跟踪簇域能耗成为了亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种无线传感器网络动态分簇目标跟踪方法及装置，解决了在无线传感器网络应用中簇成员将探测信息发送给簇头节点时，节点重传导致的网络能耗升高，以及如何优化簇头选择策略，进一步优化跟踪簇域能耗的技术问题。

本发明实施例提供的一种无线传感器网络动态分簇目标跟踪方法，包括：

S1：当运动目标进入传感器网络监控区域，在运动目标位置检测范围内的感知节点应用RSSI目标探测模型，计算感知节点与运动目标的相对距离值，通过感知节点与运动目标的相对距离值选择感知节点为簇员节点建立初始动态簇；