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基于无线传感器网络的协同技术的研究

作　者: 李科欣
导　师: 刘梅
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 无线传感器网络 协同 移动动态联盟 目标跟踪
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


集成了传感器技术、微机电系统技术、无线通信技术和分布式信息处理技术的无线传感器网络作为一种全新的综合性技术,是继因特网之后将对21世纪人类生活方式产生重大影响的IT热点领域。协同是无线传感器网络系统的关键问题之一,多智能体理论是解决该问题的主要方法。本文针对目标跟踪的应用背景,介绍了无线传感器网络系统中协同的概念、原因及其所面临的挑战,详细总结并分析了基于多智能体理论的无线传感器网络协同方法。首先对无线传感器网络的相关技术及发展状况做了详细讲述。包括无线传感器网络的拓扑管理系统、传感器节点管理系统和能量管理系统,具体地,拓扑管理和传感器节点管理是无线传感器网络完成既定任务的基础,能量系统即是整个网络系统的“生命之源”,三者缺一不可。其次,论述了运用多智能体系统的协同理论、方法解决无线传感器网络的目标监视与跟踪问题的研究策略,详细阐述了利用多智能体系统的动态联盟方法对目标的跟踪过程,仿真实验表明动态联盟方法是可行的,是解决无线传感器网络应用问题的有效方法。再次,从信息处理角度论述了无线传感器网络的协同问题,详细阐述了集中式卡尔曼滤波对目标的跟踪过程,相对于一般模式下的目标跟踪,提出一种提高精度、节省能量的高能模式。仿真实验证明,高能模式的跟踪精度较一般模式有所改善。但是,针对机动目标来说,跟踪性能仍然有待改进。最后,针对目标的移动性,论述了移动动态联盟与目标跟踪的一致性。对于动态联盟在移动过程中的交接问题,提出了一种高效的跟踪机制,即基于预测的修复机制,用于解决目标航迹的机动性。预测阶段的双层机制提高了移动动态联盟对目标信息的预测精度,修复机制只激活响应区域的传感器节点,最大程度上节省了系统能耗。仿真结果证明,基于预测的修复机制和传统模式相比,不仅在跟踪精度上有所改善,同时也节省了系统能量。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 课题背景  10-12
  1.2 研究现状  12-15
    1.2.1 移动动态联盟形成技术  13-14
    1.2.2 协同信息处理  14
    1.2.3 移动动态联盟交接  14-15
  1.3 本文研究内容  15-16
  1.4 本文结构安排  16-17
第2章 WSN的相关技术研究  17-25
  2.1 无线传感器网络的拓扑管理  17-21
    2.1.1 无线传感器网络的拓扑结构  17-19
    2.1.2 拓扑管理的基本概念及研究现状  19-20
    2.1.3 基于簇结构的移动智能体技术  20-21
  2.2 无线传感器网络的传感器管理  21-23
    2.2.1 无线传感器网络的传感器节点结构  21-22
    2.2.2 传感器管理的研究  22-23
  2.3 无线传感器网络的能量管理  23-24
    2.3.1 能量管理的基本概念  23
    2.3.2 无线传感器网络的能量管理的研究  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章 WSN移动动态联盟形成  25-37
  3.1 WSN协同问题  25-27
    3.1.1 WSN协同问题概述  25-26
    3.1.2 WSN协同方法研究  26-27
  3.2 移动动态联盟的协同技术  27-30
    3.2.1 智能体理论  27-28
    3.2.2 多智能体系统  28-29
    3.2.3 移动动态联盟方法概述  29-30
  3.3 基于移动动态联盟的WSN协同技术  30-34
    3.3.1 初始联盟的形成  30-33
    3.3.2 联盟的形成  33-34
    3.3.3 联盟的确认  34
  3.4 仿真结果  34-36
  3.5 本章小结  36-37
第4章 WSN协同信息处理  37-52
  4.1 目标运动模型  38-40
    4.1.1 CV和CA模型  38-39
    4.1.2 机动目标“当前”统计模型  39-40
  4.2 目标状态估计——Kalman滤波  40-42
  4.3 集中式多传感器信息融合系统中的状态估计  42-44
    4.3.1 单传感器的状态估计  42-43
    4.3.2 集中式多传感器状态估计  43-44
  4.4 WSN中的协同信息  44-45
  4.5 仿真结果  45-51
    4.5.1 外推法  46-47
    4.5.2 匀速运动  47-48
    4.5.3 机动运动  48-51
  4.6 本章小结  51-52
第5章 WSN移动动态联盟交接  52-60
  5.1 移动动态联盟的交接  52-55
    5.1.1 预测机制  52-53
    5.1.2 修复机制  53-55
  5.2 算法实现  55
  5.3 仿真结果  55-59
    5.3.1 高能加密模式  55-57
    5.3.2 综合性能评估  57-59
  5.4 本章总结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-66
致谢  66

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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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