[发明专利]一种基于动态链的无线传感器网络节点协作方法

说明书

本申请公开了一种基于动态链的无线传感器网络节点协作方法。所述方法的一具体实施方式包括：在目标周围建立跟踪链来跟踪目标，随着目标的移动，跟踪链逐渐增加或者删除其中的节点；跟踪链的每个节点接收来自上游节点发送的感应数据，并把该数据和自己所观测到的数据进行融合处理后生成新的数据发送给下游节点，直至链头节点，链头节点把接收到的所有感应数据和自己节点所观测到的数据进行融合后发送给汇聚节点；跟踪链上的每个节点轮流担任链头节点。该方法一方面很好的解决了目前基于动态簇或树结构中当目标位置改变时，簇或树需要被重新建立而产生较大开销的问题，另一方面使跟踪节点的感应数据可以在局部被融合，从而提高网络的数据传输效率。

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及无线传感器网络(WSN,Wireless SensorNetwork)领域，具体涉及一种基于动态链的无线传感器网络节点协作方法，该方法可用于无线传感器网络的动态目标跟踪与定位等。

背景技术

近年来，随着传感技术、嵌入式技术和无线通信技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的WSN迅速成为通信领域研究的热点。WSN是由部署在特定区域内的大量廉价微型传感器节点所组成，对监测对象的信息实时的感知、采集和处理，并将处理后的信息传送到感兴趣的网络用户终端。与传统无线网络相比，WSN具有分布式处理带来的高精度监测、大范围部署和多领域应用等众多优点，具有巨大的应用前景和价值，已经引起了世界军事部门、工业领域、科研机构和学术界的广泛关注。在WSN的诸多应用中，移动目标跟踪是一项基本功能，它在军事和民用领域都有着重要的价值，例如用于南海岛礁监测、敌方目标探测、灾难救援、室内外协同跟踪定位、野生动物跟踪监测、智能交通管理等。

然而，在面向目标跟踪的WSN中随着目标位置的移动，如果靠近目标的传感器节点没有及时加入跟踪就会影响整个系统的跟踪性能，如果远离目标的传感器节点没有及时退出跟踪则就会消耗过多不必要的能量，这就需要传感器节点间有一个有效的自组织方法来实现。现有的面向目标跟踪WSN的节点自组织和协作方式主要分为：基于分簇的节点协作和基于动态树的节点协作方法。其中基于分簇的节点协作又可以被分为基于静态簇和基于动态簇两种结构，在基于静态簇的方法中网络被划分成不同的区域，每个区域中选择一个簇头来负责管理其成员节点并收集本区域内的感应数据，并对这些数据进行融合处理后发送给汇聚节点。对于大规模WSN，基于分簇的节点协作方法是一种有效的节点组织方法，它使得大部分节点只需要在局部范围内传送自己的感应数据，提高了信道的重复利用率，降低了数据传输之间的碰撞和干扰，同时极大地提高了整个系统的可扩展性和延长了网络寿命。但是对于目标跟踪应用来说，由于移动目标的位置随机改变，同一个目标常常被不同分簇中的节点检测到，这些节点把观测到的数据分别发送给各自的族头，并通过不同的路由转发到汇聚节点，这使得相关性很强的同一个目标的感知数据难以被融合，最终导致网络中较多冗余数据的传输。基于动态簇方法的主要思想是沿着目标移动的轨迹动态的建立一系列的簇，选择离目标最近的节点为簇头节点，当目标移出该簇的区域时，该簇被解散，并且根据目标的位置重新建立一个簇来跟踪目标。虽然在动态簇中同一目标的感知数据可以在簇头处得到融合，然而随着目标的移动，需要重新选择簇头节点并建立新的簇，这样整个网络在簇结构的重建和维护上开销过大。在基于动态树的方法中，常常以目标周围的某个节点为根来建立一个动态树来跟踪目标，该树包括了移动目标周围的传感器节点，并且随着目标的移动，动态树能够自适应的添加和删除相应的节点。然而，当目标位置改变时，树的根节点需要被更换并且动态树本身的结构也需要被重新建立，这使得此类方法的能量利用率大大降低。

因此目前针对目标跟踪的节点自组织方法和网络架构并不能得到满意的系统性能，急需研究一种面向移动目标跟踪的WSN节点之间的自组织和协作方式来提高跟踪效率并节省网络能耗。

发明内容