考虑目标捕获率和能量限制的无线传感器网络管理

发布时间：2021-08-13 00:48

　　研究目标跟踪背景下的无线传感器网络管理问题,在保证目标跟踪需求的情况下减小能耗。首先对集中式无线传感器网络结构和目标跟踪任务中传感器网络的工作过程进行了介绍;其次介绍了以多交互滤波方法为基础的机动目标跟踪理论;接着建立同时考虑传感器能耗节省和目标捕获概率的传感器调度模型;继而提出基于Logistic混沌序列和Boltzmann选择策略的改进布谷鸟算法用于求解最优传感器调度方案;最后通过仿真证明了本文模型和算法的有效性。 

【文章来源】：传感技术学报. 2020,33(03)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

传感器网络结构示意图

传感器和调度中心的信息传感器过程如图2所示。由图2可知,在调度1次传感器时,传感器和调度中心共发生两次数据流动,即调度中心将调度指令传递给传感器和传感器将观测信息传递给调度中心,因此,在传感器网络对目标的跟踪过程中,仅需控制对目标观测的传感器个数。由于传感器观测范围的限制,对同一位置目标的可观测传感器位置相近,故可认为该可选传感器与调度中心的通信距离相同,因此,可忽略通信距离对传感器能量消耗的影响。

在k时刻,传感器调度中心需按照公式(5)预测目标k+1时刻运动状态,进一步生成k+1时刻的传感器调度方案。目标状态服从N( x ^ k+1|k,Pk+1|k)分布。对于位置(xk+1|k,yk+1|k)来讲,其在空间中的分布如图3所示。如图3所示,椭圆为目标k+1时刻预测位置可能出现区域,为确保目标在k+1时刻不被丢失,应启动绿色区域内的传感器对目标进行观测,但若启动绿色区域内的所有传感器对目标进行观测,无疑会造成传感器资源浪费,这是由于区域1、区域2、区域3目标出现的概率较小,若调度该区域的传感器对目标进行观测,很可能不能获取有效的观测值。因此,本文在选择传感器的过程当中,给定目标捕获概率阈值δ,从传感器可能出现的区域中选择若干区域,所选区域内目标出现概率之和(目标捕获概率)一旦达到阈值δ,则满足观测需求。这样,既能避免传感器资源浪费,又能保证较小的目标丢失概率,较大概率地对目标进行定位跟踪。传感器调度过程中,应选择满足阈值需求的最佳传感器组合(传感器个数最少、通信次数最少)在k+1时刻对目标进行观测获取观测值。


本文编号：3339398