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面向目标跟踪的分布式传感器调度

作 者: 张帆
导 师: 孙优贤;陈积明
学 校: 浙江大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 无线传感器网络 目标跟踪 传感器调度 信道访问控制
分类号: TN929.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 44次
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内容摘要


无线传感器网络技术已经成为区域监测应用的一个重要工具,而对移动目标进行跟踪,是区域监测中的一个重要功能。对于代表了普遍场景的非配合式的移动目标,无线传感器网络需要采用主动式传感器对其检测和感知。而主动式传感器间不可避免地存在传感器信号测量引起的相互干扰,这时就需要有效的传感器调度来避免这种测量干扰以保证跟踪系统的性能。尽管无线传感器网络中关于传感器调度的研究已有很多。但大部分工作主要考虑减少传感器节点能耗以延长网络寿命,而不是针对主动式传感器之间的测量干扰。同时为了能在无线传感器网络中应用,传感器调度算法还面临着分布式计算和低复杂度的挑战。本文针对上述问题开展深入研究,主要取得了如下贡献:本文设计了一个分布式的传感器动态调度算法(DSS)。传感器节点之间以CSMA的方式通过随机竞争来决定任务节点。基于目标位置信息的节点激活策略保证了有效的测量,随机竞争的方式使得调度算法可以分布式地运行在各个节点上。分析表明DSS算法能够有效地避免传感器之间的相互干扰,同时仿真和实验的结果也从系统可扩展性和跟踪性能等方面验证了DSS算法的有效性。本文还研究了传感器静态调度问题。针对拓扑变化不频繁的网络,采用静态调度策略来实现无冲突和低能耗的调度。该问题被转化为NP-hard的点染色问题,基于节点饱和度,本文设计了一个分布式的静态调度算法(DSDA),各节点只需邻居节点的信息就能执行该算法。理论分析保证了DSDA算法的无冲突性以及计算复杂度和能耗。仿真结果也进一步显示了该算法的有效性。最后本文结合动态调度和静态调度,提出了一个分布式的传感器混合调度算法(DHSS)。该算法在静态调度的基础上,对可能存在的空闲时槽引入动态调度,从而通过调度能耗的折衷来达到更优的跟踪精度。仿真结果也验证了DHSS实现了该设计目标。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-9
目录  9-12
1 绪论  12-22
  1.1 无线传感器网络概述  12-15
    1.1.1 无线传感器网络的应用  12-14
    1.1.2 无线传感器网络的特点  14-15
  1.2 移动目标跟踪问题概述  15-18
    1.2.1 目标跟踪研究内容  15-16
    1.2.2 基于无线传感器网络的目标跟踪  16-18
  1.3 传感器调度问题概述  18-20
    1.3.1 传统的传感器调度  18-19
    1.3.2 面向目标跟踪的传感器调度  19-20
  1.4 论文结构  20-22
2 基于主动式传感器的传感器调度  22-36
  2.1 非配合式的目标跟踪系统  22-29
    2.1.1 硬件设计  22-25
    2.1.2 跟踪算法  25-27
    2.1.3 初步仿真结果  27-29
  2.2 主动式传感器调度问题的描述  29-31
    2.2.1 主动式传感器间的相互干扰  29-30
    2.2.2 传感器调度问题的形式化描述  30-31
  2.3 问题转化—信道访问控制  31-34
  2.4 本章小结  34-36
3 面向目标跟踪的分布式传感器动态调度  36-54
  3.1 分布式传感器动态调度  36-43
    3.1.1 调度算法描述  36-38
    3.1.2 实际实现问题讨论  38-41
    3.1.3 冲突避免策略优化  41-43
  3.2 仿真验证  43-50
    3.2.1 仿真设置  43-45
    3.2.2 仿真结果  45-50
  3.3 实验验证  50-53
    3.3.1 实验设置  51
    3.3.2 实验结果  51-53
  3.4 本章小结  53-54
4 面向目标跟踪的分布式传感器静态调度  54-80
  4.1 传感器静态调度问题描述  54-59
    4.1.1 TDMA时槽分配  54-56
    4.1.2 图论中的点染色  56-58
    4.1.3 静态分配度量指标  58-59
  4.2 基于饱和度的传感器静态调度  59-73
    4.2.1 节点饱和度  59-61
    4.2.2 调度算法描述  61-63
    4.2.3 时帧确定方案  63-66
    4.2.4 算法理论分析  66-73
  4.3 仿真验证  73-79
    4.3.1 理论分析验证  73-78
    4.3.2 跟踪性能验证  78-79
  4.4 本章小结  79-80
5 面向目标跟踪的分布式传感器混合调度  80-90
  5.1 分布式传感器混合调度  80-87
    5.1.1 调度算法描述  80-83
    5.1.2 算法性能讨论  83-85
    5.1.3 实际实现问题讨论  85-87
  5.2 仿真验证  87-89
  5.3 本章小结  89-90
6 总结与展望  90-92
  6.1 全文总结  90-91
  6.2 研究展望  91-92
参考文献  92-98
作者硕士期间的科研成果  98-99

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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