【摘 要】
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无线传感器网络应用主要分为两种：环境监测和目标跟踪。由于无线传感器网络节点能量有限的特性,能量节省在两种应用中都是关键问题。环境监测应用中,网络布撒于监测范围内,通
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无线传感器网络应用主要分为两种：环境监测和目标跟踪。由于无线传感器网络节点能量有限的特性,能量节省在两种应用中都是关键问题。环境监测应用中,网络布撒于监测范围内,通常网络比对象小。而目标跟踪应用中,跟踪对象在无线传感器网络中,通常对象比网络小,因此可以有更多的节点休眠。从而,在跟踪应用场景下设计合理的协议可以节省更多能量。在目标跟踪应用中,传感器节点可以是均匀布撒,或是随机布撒；目标可能遵循模式移动,或是随机移动。我们针对两种不同场景设计两种协议。由于两种场景是可以相互转换的,两种协议可以综合使用。本论文提出的协议是基于路径概率感知的目标跟踪协议和基于双层协作的能量高效的目标跟踪协议。基于路径概率感知的目标跟踪协议在目标跟踪预测算法中加入了路径方向改变的概念。利用路径的拐点和分叉点的目标方向概率信息来预测目标运动新的方向,并且根据节点相对于路径以及邻居的位置来分配感应、通信和运算的能量。提出与路径走向概率相适应的调度方式。概率分析表明,该协议能提供更好的目标跟踪效果、更加节省能量。双层协作能量高效协议将随机分布的传感器节点组织成面结构。一方面,协议减少活跃的监测节点以减少能量消耗：只在目标所在的面中选取一个节点来监测。另一方面,又在当前面中选取另外一个节点作为备份节点,从而提高可靠性,又能减少目标丢失产生的时延。监测节点获得的监测信息不必立即发送给跟踪者,而是让跟踪者沿着目标运动路径接近目标时从每个面参与过监测的节点进行收集。这样又节省了一部分能量。当对目标运动预测失败,目标丢失时,采用层次唤醒的策略,先唤醒备份节点,再唤醒直接面邻居,再唤醒间接面邻居,再唤醒其他邻居,最后才是选择广播唤醒网络中的所有节点。从而尽早发现目标,同时节省能量。论文采用OMNET++平台上的mobility framework进行模拟。将双层协作能量高效协议与动态目标跟踪协议和基于阈值泛洪的协议在目标捕获时间、平均能耗、跟踪者与目标平均距离等方面进行了比较。我们的协议在这些方面要优于其他两种协议。
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