基于数据融合的传感网目标检测应用研究

发布时间：2020-10-23 21:38

　　 无线传感网络可以应用于丰富的应用场景中。其中,最为重要的当属目标检测了。通过在感兴趣区域内安放大量的传感器节点,传感器节点感知到数据后,将它们发送到汇聚节点。汇聚节点需要依据接收到的数据准确地判断出目标是否出现。无线传感网络中冗余数据的传输不断地消耗着网络中有限的能量。数据融合技术可以有效地压缩检测系统中的数据量,从而提高系统的工作时间。基于数据融合的传感网目标检测应用研究也就以两个主要目标为主:提升网络的检测性能和延长检测系统的工作时间。本文首先介绍了无线传感网络以及数据融合的基本理论知识以及经典算法。主要介绍了无线传感器网络面临的挑战以及数据融合在目标检测中起到的作用,并对相关算法进行仿真分析。然后,针对现存算法在低信噪比下,检测性能无法满足要求的情况。本文提出了具有本地投票判决的扫描统计算法(SSLV)。通过在扫描统计之前进行本地投票的操作,可以有效地提升网络的检测性能。由于执行了本地投票,传统扫描统计的全局虚警概率表达式不再适用于SSLV。所以在文中利用Haiman定理为全局虚警概率推导了新的表达式。本地投票还使得检测到目标的传感器分布变得更加集中。这为在SSLV算法中加入可变步长参数提供了更好的契机。在扫描统计的过程中,根据统计的结果动态地调节步长参数的大小。通过仿真验证了引入步长参数的SSLV在不损失网络检测性能的前提下缩短了扫描时间。这就在连续和非连续扫描统计算法中找到了平衡点。最后,由于目标检测系统中的能量只会不断地减少,如何有效降低网络能量开销的协议一直是研究的另一个重点。对静态汇聚节点来说,距离汇聚节点较近的节点由于过多的中继数据而过快死亡。所以本文提出了基于可用能量的移动汇聚节点数据传输协议。整个网络在部署后按照虚拟网格进行划分。各个传感器根据自己的位置确定所处的网格编号。当传感器检测到目标后,它会主动发送消息给所处网格中的簇头节点。簇头节点通过网络中的其他簇头以多跳的方式将数据转发到移动汇聚节点。汇聚节点综合考虑存活簇头节点的位置和可用能量,周期性地在网络中移动以均衡网络的能量开销。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TN929.5;TP212.9
【部分图文】：

ＷＳＮ中的资源是一定的，随着网络的运行资源只会不断的减少，这就使得??ＷＳＮ的应用受到极大的限制。ＷＳＮ中冗余数据的传输是能量损耗的最主要原因。??如何有效地减少这些数据的传输也成了重要的研究内容之一。而数据融合恰恰可??以压缩网络中的数据量，减少能耗的同时也延长了整个系统的工作时间。??２．１无线传感网络??ＷＳＮ是一种由分布式自组织设备组成的网络，这些设备可以共同地感知监控??物理区域或环境［１＿２］。ＷＳＮ可以适用于很多的应用，如环境监管、生物识别、自然??灾害的预测和检测、医疗监控、结构健康等。ＷＳＮ利用小体积的传感器密集地部??署在大范围区域内实现远程操作。这些传感器价格低廉且都是一次性的。正是由于??低廉的价格导致传感器的硬件水平非常低，限制了它在很多应用中的发展。在大多??数应用中，传感网络都会按簇划分，传感器节点都可以选择性地扮演簇头的角色。??普通节点用于检测数据，而簇头节点在检测数据的同时还起到转发数据的作用。但??是，对于一些小型网络，有些应用中可能整个网络中就只有一个簇和一个汇聚节点。??随着ＷＳＮ的发展，也出现了一些新的结构，比如多个汇聚节点，移动节点等。??

信息／数据融合??图２－２各个概念之间关系??数据融合中有很多相类似的概念。图２－２列出了一些概念并通过文氏图的方式??将它们进行区分。从图中可以观察到，数据融合和信息融合可以按相同的意义处理。??数据合成的定义是能够感知、管理数据并减少数据量的操作。所以它是数据融合的??一个子集。而传感器融合很明显限定了数据的来源，它表示融合的数据从传感器而??来。传感器融合既属于多传感器合成也属于数据融合，所以它位于两者的交集中。??２．２．１数据融合的结构??为了更好地设计数据融合系统，需要了解它的结构和模型作为指导。这些模型??对规范指导、提案以及数据融合的使用都是非常有用的。数据融合系统的模型和结??构可以根据融合过程中产生数据的不同意义进行划分。这小节将根据信息系统管??理信息的等级来明确各个模块的功能。??在融合研究领域，ＪＤＬ模型是运用最为广泛的。它起源于美国的联合指导实验??室（ＪＤＬ）以及美国防御小组（ＤｏＤ）。模型由５个处理等级，一个相关的数据库，一??个连接所有组件的信息连通块组成［２５１。它的结构如图２－３所示。??源：数据源的主要作用是提供数据，它的来源非常丰富，视具体的应用不同而??所不同。??１０??

＾信息／数据融合??图２－２各个概念之间关系??数据融合中有很多相类似的概念。图２－２列出了一些概念并通过文氏图的方式??将它们进行区分。从图中可以观察到，数据融合和信息融合可以按相同的意义处理。??数据合成的定义是能够感知、管理数据并减少数据量的操作。所以它是数据融合的??一个子集。而传感器融合很明显限定了数据的来源，它表示融合的数据从传感器而??来。传感器融合既属于多传感器合成也属于数据融合，所以它位于两者的交集中。??２．２．１数据融合的结构??为了更好地设计数据融合系统，需要了解它的结构和模型作为指导。这些模型??对规范指导、提案以及数据融合的使用都是非常有用的。数据融合系统的模型和结??构可以根据融合过程中产生数据的不同意义进行划分。这小节将根据信息系统管??理信息的等级来明确各个模块的功能。??在融合研究领域，ＪＤＬ模型是运用最为广泛的。它起源于美国的联合指导实验??室（ＪＤＬ）以及美国防御小组（ＤｏＤ）。模型由５个处理等级，一个相关的数据库，一??个连接所有组件的信息连通块组成［２５１。它的结构如图２－３所示。??源：数据源的主要作用是提供数据，它的来源非常丰富，视具体的应用不同而??所不同。??１０??
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本文编号：2853570