RARE：能量高效的目標(biāo)跟蹤協(xié)議.pdf

1、無(wú)線(xiàn)傳感器由于具有良好的監(jiān)測(cè)能力，提供了巨大的潛力來(lái)監(jiān)測(cè)和了解我們的環(huán)境。因此，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，例如軍事和商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。目標(biāo)跟蹤是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)基本應(yīng)用，設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的目標(biāo)跟蹤協(xié)議需要考慮到許多問(wèn)題，包括單目標(biāo)或者多目標(biāo)跟蹤問(wèn)題；網(wǎng)絡(luò)中使用的節(jié)點(diǎn)類(lèi)型問(wèn)題，即網(wǎng)絡(luò)是同構(gòu)還是異構(gòu)的；使用預(yù)測(cè)還是非預(yù)測(cè)的目標(biāo)跟蹤方案；能量高效問(wèn)題等。 作為目標(biāo)跟蹤方案設(shè)計(jì)的目標(biāo)，希望目標(biāo)跟蹤協(xié)議在能夠準(zhǔn)確的跟蹤

2、目標(biāo)的同時(shí)，也具有能量的高效性。我們的研究是基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤的數(shù)據(jù)兩個(gè)方面來(lái)考慮的：低質(zhì)量數(shù)據(jù)和重復(fù)或者冗余的數(shù)據(jù)。考慮到低質(zhì)量的數(shù)據(jù)，噪聲會(huì)影響從目標(biāo)那里接收到的信號(hào)，并且目標(biāo)到傳感器間的距離增加，信號(hào)中的噪聲也會(huì)增加。如果能夠限制低質(zhì)量的數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，只獲取目標(biāo)跟蹤中的高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，例如，只得到距離目標(biāo)近的噪聲小的數(shù)據(jù)，就能夠根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量限制參與目標(biāo)跟蹤的傳感器數(shù)目，節(jié)省能量消耗；二是在隨機(jī)分布的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器的感

3、應(yīng)區(qū)域存在重疊的概率很高。因此減少大量的重復(fù)或者冗余的數(shù)據(jù)被發(fā)送到了簇頭從而節(jié)省了能量。 本論文提出的能量高效的目標(biāo)跟蹤協(xié)議使用了兩個(gè)能量高效算法：RARE-Area(Reduced Area REporting)算法是針對(duì)低質(zhì)量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生問(wèn)題，和RARE-Node算法(Reduction of Active Node REdundancy)，則是針對(duì)冗余或者重復(fù)數(shù)據(jù)的問(wèn)題。 RARE-Area限制了參與跟蹤的傳感器數(shù)目

4、，只允許能產(chǎn)生一定質(zhì)量的數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點(diǎn)才能參與目標(biāo)的跟蹤。具體做法是，當(dāng)一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到移動(dòng)目標(biāo)，立即運(yùn)行RARE-Area算法并為數(shù)據(jù)計(jì)算一個(gè)權(quán)值W，如果計(jì)算的權(quán)值W≥Wu，其中Wu是門(mén)限值，傳感器節(jié)點(diǎn)才加入?yún)⑴c跟蹤移動(dòng)目標(biāo)。在計(jì)算傳感器數(shù)據(jù)的權(quán)值時(shí)，需要考慮兩個(gè)因素：目標(biāo)的距離因子ad，目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)因子am。 目標(biāo)的距離子ad使用目標(biāo)的距離來(lái)判斷監(jiān)測(cè)目標(biāo)所接收的信號(hào)質(zhì)量，將ad和目標(biāo)的距離之間的關(guān)系映射為零平均高斯分布。

5、傳感器節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)之間的距離越遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)的質(zhì)量越低，從而距離因素值ad越小。 目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)因素值am(m,s)則是依據(jù)移動(dòng)目標(biāo)的移動(dòng)狀態(tài)來(lái)控制數(shù)據(jù)發(fā)送的頻率和權(quán)值設(shè)置的的效率。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)因素使得我們能夠根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變向簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率當(dāng)靜止在傳感器節(jié)點(diǎn)的感應(yīng)范圍內(nèi)。根據(jù)目標(biāo)狀態(tài)特征論文中修改向簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率，例如，當(dāng)目標(biāo)處于靜態(tài)的時(shí)候減少頻率，當(dāng)目標(biāo)處于運(yùn)動(dòng)的時(shí)候增加頻率。 RARE-Node算法減少了向上發(fā)送給簇

6、頭的冗余數(shù)據(jù)量；該算法通過(guò)考慮相鄰的參與目標(biāo)跟蹤節(jié)點(diǎn)問(wèn)的空間關(guān)系，如果目標(biāo)在兩個(gè)或者多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的交叉區(qū)域，就只將一個(gè)高質(zhì)量的數(shù)據(jù)向上發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)，從而避免了將冗余的數(shù)據(jù)發(fā)送給簇頭。 本論文的協(xié)議通過(guò)減少參與目標(biāo)跟蹤的節(jié)點(diǎn)數(shù)目，發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸頻率，網(wǎng)絡(luò)中冗余數(shù)據(jù)的數(shù)量，來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的。通過(guò)模擬結(jié)果表明，同時(shí)使用兩個(gè)算法，并且采用一個(gè)比較低的權(quán)值門(mén)限Wu即Wu<=0.3，由于能量的節(jié)省使得網(wǎng)絡(luò)壽命延長(zhǎng)近35％，并且