面向目標(biāo)感知的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自組織技術(shù).pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由低成本、低功耗、并具備感知、數(shù)據(jù)處理、存儲和無線通信能力的微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織方式形成的網(wǎng)絡(luò)，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，引起了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界、軍事部門和工業(yè)界的極大關(guān)注。本文研究了面向目標(biāo)感知的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織，并在自組織框架下對目標(biāo)跟蹤和覆蓋問題進(jìn)行了深入研究，主要工作如下： 1．針對面向目標(biāo)感知的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自組織問題，構(gòu)造了一個(gè)包含有信息獲取與能量節(jié)省的綜合性能指標(biāo)函數(shù)，并提出了相應(yīng)的動態(tài)協(xié)同自組

2、織(DCS)算法。該算法能根據(jù)具體情況，動態(tài)選擇簇首及簇內(nèi)成員，實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織，并能在獲取足夠信息量的同時(shí)，顯著降低能量消耗。 2．結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單/多目標(biāo)跟蹤的特點(diǎn)，在DCS算法框架下，提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單目標(biāo)跟蹤算法和基于速度擴(kuò)維的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)跟蹤算法。仿真表明：本文提出的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單目標(biāo)跟蹤算法，通過多傳感器的動態(tài)協(xié)同以及信息融合不但可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確跟蹤，而且還可降低通訊能量；同時(shí)在多目標(biāo)跟蹤情況下

3、，引入速度狀態(tài)使得總體性能明顯提高。 3．以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤為例，對面向感知的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自組織算法的典型信息收益函數(shù)進(jìn)行了深入的分析與仿真，在此基礎(chǔ)上對自組織算法的魯棒性進(jìn)行了分析討論，最后給出針對不同應(yīng)用場合的信息收益函數(shù)選用原則，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。 4．利用蟻群優(yōu)化算法的“正反饋”思想，針對高虛警率、低檢測概率的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用背景，提出了一種基于情緒螞蟻的自組織算法。該算法可

4、通過節(jié)點(diǎn)問的協(xié)同對節(jié)點(diǎn)的喚醒概率進(jìn)行優(yōu)化，即在目標(biāo)周圍喚醒較多節(jié)點(diǎn)，以保持對目標(biāo)較高的探測能力；而在其余探測區(qū)域，使大多數(shù)節(jié)點(diǎn)處于睡眠狀態(tài)，以節(jié)省能量。實(shí)際仿真算例表明了算法的有效性。 5．針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題，闡明了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在正六邊形架構(gòu)下的任意比例覆蓋須滿足的條件，以及網(wǎng)絡(luò)的連通與覆蓋之間的關(guān)系，并給出相應(yīng)的定理。在此基礎(chǔ)上，提出了一種優(yōu)化概率規(guī)劃覆蓋算法，該算法可以對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行任意給定比例覆蓋配置。仿真表明，該算