基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)跟蹤技術(shù)

目標(biāo)跟蹤技術(shù)郭松濤2014.11CONTENTS基于WSN的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的特點(diǎn)WSN應(yīng)用于目標(biāo)跟蹤的優(yōu)勢(shì)目標(biāo)跟蹤研究的內(nèi)容目標(biāo)跟蹤策略目標(biāo)跟蹤關(guān)鍵技術(shù)目標(biāo)跟蹤指標(biāo)要求節(jié)點(diǎn)的組織和路由目標(biāo)偵測(cè)目標(biāo)分類(lèi)產(chǎn)生初始區(qū)域或初始簇頭目標(biāo)的定位目標(biāo)軌跡的估計(jì)和預(yù)測(cè)消息通知目標(biāo)跟蹤是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要研究和應(yīng)用領(lǐng)域之一。與傳統(tǒng)WSN系統(tǒng)相比，基于WSN的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):

傳感器節(jié)點(diǎn)小，可近距離或直接置于監(jiān)視環(huán)境中，不易被監(jiān)視目標(biāo)發(fā)現(xiàn)；WSN可快速部署、自組織、自配置，根據(jù)特定的監(jiān)視任務(wù)進(jìn)行組網(wǎng)和任務(wù)分工，目標(biāo)跟蹤更加靈活可靠；在一些不能手工配置監(jiān)控設(shè)備的區(qū)域,如受污染區(qū)域、面積廣闊的原始森林、敵方戰(zhàn)場(chǎng)等，不可能使用傳統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤設(shè)備和方法，WSN是最佳的選擇。以上特點(diǎn)使得WSN非常適合于地面復(fù)雜環(huán)境和特殊應(yīng)用場(chǎng)合中的目標(biāo)跟蹤應(yīng)用?；赪SN的目標(biāo)跟蹤技術(shù)在軍事和民用領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景受到了世界各國(guó)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注，成為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。WSN應(yīng)用于目標(biāo)跟蹤的優(yōu)勢(shì)(l)低成本、低功耗、高冗余的設(shè)計(jì)原則為目標(biāo)跟蹤提供了較強(qiáng)的容錯(cuò)能力，網(wǎng)絡(luò)自組織、高密度部署，使得網(wǎng)絡(luò)抗毀能力強(qiáng)，在跟蹤目標(biāo)時(shí)可靠性高。(2)節(jié)點(diǎn)的綜合信息有效地提高了信噪比。(3)節(jié)點(diǎn)與探測(cè)目標(biāo)的近距離接觸，可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精確感知、跟蹤。(4)節(jié)點(diǎn)中多種傳感器的混合應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同目標(biāo)的監(jiān)測(cè)，其適應(yīng)面廣，效益高，有利于提高探測(cè)的性能指標(biāo)。(5)節(jié)點(diǎn)傳感器部署廣，多節(jié)點(diǎn)聯(lián)合，形成覆蓋面積較大的實(shí)時(shí)探測(cè)區(qū)域，還可混合部署，網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力強(qiáng)。(6)借助于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，可對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，有效地消除探測(cè)區(qū)域內(nèi)的陰影和盲點(diǎn)。(7)分布式的數(shù)據(jù)處理、多節(jié)點(diǎn)的協(xié)同工作，使跟蹤更加全面。目標(biāo)跟蹤過(guò)程檢測(cè)階段

處于檢測(cè)階段的節(jié)點(diǎn)周期性地檢測(cè)目標(biāo)是否出現(xiàn)。定位階段

定位節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、計(jì)算，得到目標(biāo)的估計(jì)位置

根據(jù)連續(xù)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的兩個(gè)估計(jì)位置估算出目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向

對(duì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行擬合

通告階段

執(zhí)行定位算法的節(jié)點(diǎn)將目標(biāo)預(yù)測(cè)軌跡周?chē)奶幱谛菝郀顟B(tài)的節(jié)點(diǎn)激活，讓它們加入到跟蹤過(guò)程中來(lái)；

通過(guò)多跳方式將目標(biāo)定位結(jié)果發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)在傳感器網(wǎng)絡(luò)的許多實(shí)際應(yīng)用中，跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)是一項(xiàng)基本功能。由于傳感器節(jié)點(diǎn)體積小，價(jià)格低廉，采用無(wú)線(xiàn)通信方式，以及傳感器網(wǎng)絡(luò)部署隨機(jī)，具有自組織、魯棒性和隱蔽性等特點(diǎn)，傳感器網(wǎng)絡(luò)非常適合于移動(dòng)目標(biāo)的定位和跟蹤?；趥鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)跟蹤過(guò)程通常包括偵測(cè)、定位和通告三個(gè)主要階段，在不同的階段采用不同的技術(shù)。在偵測(cè)階段，可以選擇紅外、超聲或者震動(dòng)技術(shù)偵測(cè)目標(biāo)的出現(xiàn)。在定位階段，通過(guò)多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)互相協(xié)作，采用三角測(cè)量、雙元檢測(cè)等算法，確定目標(biāo)的當(dāng)前位置，根據(jù)節(jié)點(diǎn)位置的歷史數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡。通告階段是節(jié)點(diǎn)交換信息的過(guò)程，主要是廣播目標(biāo)的預(yù)估軌跡，通知和啟動(dòng)軌跡附近的節(jié)點(diǎn)加入目標(biāo)跟蹤過(guò)程。目標(biāo)跟蹤研究的內(nèi)容一個(gè)自主的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)要想獲得有關(guān)周?chē)h(huán)境的知識(shí)，或者更新優(yōu)化已有的知識(shí)，首先必須使用傳感器獲取相關(guān)的原始數(shù)據(jù)，然后根據(jù)先驗(yàn)信息(數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)學(xué)模型等)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而得到一些決策支持信息。目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)就是為了保持對(duì)目標(biāo)當(dāng)前狀態(tài)的估計(jì)而對(duì)所接收到的量測(cè)信息進(jìn)行處理的軟、硬件系統(tǒng)。下圖是目標(biāo)跟蹤跟蹤系統(tǒng)的框圖。目標(biāo)跟蹤的基本內(nèi)容包括(1)濾波與預(yù)測(cè)濾波和預(yù)測(cè)的目的是估計(jì)當(dāng)前和未來(lái)時(shí)刻目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，包括目標(biāo)的位置、速度和加速度等。基本的濾波方法有維納濾波、最小二乘濾波、α-β濾波、α-β-γ濾波和卡爾曼濾波等。(2)機(jī)動(dòng)目標(biāo)模型機(jī)動(dòng)目標(biāo)模型是指描述目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化規(guī)律的數(shù)學(xué)模型。估計(jì)理論特別是卡爾曼濾波理論要求建立數(shù)學(xué)模型來(lái)描述與估計(jì)問(wèn)題有關(guān)的物理現(xiàn)象。經(jīng)典的模型包括:機(jī)動(dòng)目標(biāo)加速度時(shí)間相關(guān)模型、相關(guān)高斯噪聲模型、變維濾波器、交互多模算法、機(jī)動(dòng)目標(biāo)“當(dāng)前”統(tǒng)計(jì)模型等。(3)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)是目標(biāo)跟蹤的核心部分。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)過(guò)程是將候選軌跡(跟蹤規(guī)則的輸出)與己知目標(biāo)軌跡相比較，并最后確定正確的觀(guān)測(cè)/軌跡配對(duì)的過(guò)程。正確地判定量測(cè)信息的來(lái)源是有效維持目標(biāo)跟蹤的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的研究包括最佳批處理算法、“最近鄰”濾波、概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)濾波方法、聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)濾波方法、“全鄰”最優(yōu)濾波器、多假設(shè)跟蹤方法等，并有更多的新的相關(guān)學(xué)科研究成果應(yīng)于數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，比如遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊集論等。目標(biāo)跟蹤策略在傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)間的工作狀態(tài)決定了目標(biāo)跟蹤的有效性和精確性，因而研究跟蹤策略相當(dāng)重要，有以下三種：(l)完全跟蹤策略：網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有探測(cè)到目標(biāo)的傳感器節(jié)點(diǎn)均參與跟蹤。顯然，這種策略消耗的能量很大，造成了較大資源浪費(fèi)。但同時(shí)這種方式也提供了較高的跟蹤精度。(2)隨機(jī)跟蹤策略：網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)以概率參與跟蹤，整個(gè)跟蹤以平均概率進(jìn)行跟蹤。顯然，這種策略由于參與跟蹤節(jié)點(diǎn)數(shù)量得到限制，因而可以降低能量消耗，但是不能保證跟蹤精度。(3)協(xié)作跟蹤策略：網(wǎng)絡(luò)通過(guò)一個(gè)跟蹤算法來(lái)適時(shí)啟動(dòng)相關(guān)節(jié)點(diǎn)參與跟蹤。通過(guò)節(jié)點(diǎn)間相互協(xié)作對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，既能節(jié)約能量又能保證跟蹤精度。顯然，協(xié)作跟蹤策略是跟蹤算法的最好選擇。目標(biāo)跟蹤關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)的組織和路由目標(biāo)偵測(cè)目標(biāo)分類(lèi)產(chǎn)生初始區(qū)域或初始簇頭目標(biāo)的定位目標(biāo)軌跡的估計(jì)和預(yù)測(cè)消息通知節(jié)點(diǎn)的組織織和路由傳感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)沒(méi)有嚴(yán)格格的控制中中心，所有有節(jié)點(diǎn)地位位平等，是是一個(gè)對(duì)等等式網(wǎng)絡(luò)。。而在目標(biāo)標(biāo)跟蹤應(yīng)用用中，由于節(jié)點(diǎn)能能力的限制制，單個(gè)節(jié)節(jié)點(diǎn)無(wú)法有有效地跟蹤蹤目標(biāo)，需需要多個(gè)節(jié)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)協(xié)同感知，，并對(duì)所獲獲得的數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)行融合合處理，提取信息息，這樣在在目標(biāo)跟蹤蹤過(guò)程中就就有一個(gè)局局部節(jié)點(diǎn)自自組織和路路由的問(wèn)題題。目前在在節(jié)點(diǎn)的自自組織方面面有以下幾幾種方式：：靜態(tài)局部集集中式動(dòng)態(tài)局部集集中式單點(diǎn)式序貫式節(jié)點(diǎn)的組織織和路由1.靜態(tài)局部集集中式在網(wǎng)絡(luò)中安安排一定量量具有較強(qiáng)強(qiáng)處理能力力的簇頭(也叫超級(jí)節(jié)節(jié)點(diǎn))，普通節(jié)點(diǎn)點(diǎn)在獲得測(cè)測(cè)量數(shù)據(jù)后后傳到簇頭頭，簇頭再再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)進(jìn)行處理，，然后通過(guò)過(guò)簇頭間的的路由送到到用戶(hù)終端端。這也是是層次式的的結(jié)構(gòu)。雖雖然這是比比較好的方方法，但是是對(duì)隨機(jī)撒撒布形成的的傳感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法控控制簇頭位位置，事實(shí)實(shí)上難以實(shí)實(shí)現(xiàn)。在網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳徊豢扇藶榭乜刂茣r(shí)，這這種方法就就失去了其其有效性。。2.動(dòng)態(tài)局部集集中式簇頭在目標(biāo)標(biāo)跟蹤過(guò)程程中通過(guò)一一定的準(zhǔn)則則動(dòng)態(tài)產(chǎn)生生，其他節(jié)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)據(jù)傳送給動(dòng)動(dòng)態(tài)簇頭；；在目標(biāo)離離開(kāi)簇頭偵偵測(cè)范圍后后，產(chǎn)生新新的簇頭，，原來(lái)的簇簇頭恢復(fù)偵偵測(cè)狀態(tài)，，這是目前前比較流行行的方法。。不過(guò)這種種方法在目目標(biāo)頻繁出出現(xiàn)的情況況下，容易易引起網(wǎng)絡(luò)絡(luò)“黑洞””，簇頭負(fù)負(fù)擔(dān)過(guò)重，，同時(shí)在參參與傳送數(shù)數(shù)據(jù)的鄰居居節(jié)點(diǎn)數(shù)量量和區(qū)域的的選取上還還需慎重考考慮，以減減少通信能能量消耗。。節(jié)點(diǎn)的組織織和路由3.單點(diǎn)式在目標(biāo)跟蹤蹤的過(guò)程中中，始終只只有一個(gè)動(dòng)動(dòng)態(tài)頭節(jié)點(diǎn)點(diǎn)在跟隨目目標(biāo)。在任任何時(shí)刻t，只有一個(gè)個(gè)頭節(jié)點(diǎn)k，它它負(fù)負(fù)責(zé)責(zé)獲獲取取測(cè)測(cè)量量值值并并更更新新目目標(biāo)標(biāo)位位置置的的估估計(jì)計(jì)。。頭頭節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)從從他他的的鄰鄰居居節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)中中選選取取信信息息量量最最大大的的節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)，，然然后后將將信信息息傳傳給給他他。。這這個(gè)個(gè)節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)就就成成為為下下一一時(shí)時(shí)刻刻的的頭頭節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)，，原原先先的的節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)回回到到空空閑閑狀狀態(tài)態(tài)。。這這種種方方法法有有效效地地減減少少了了通通信信能能量量消消耗耗。。但但是是當(dāng)當(dāng)頭頭節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)損損壞壞或或數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)丟丟失失后后，，跟跟蹤蹤就就無(wú)無(wú)法法進(jìn)進(jìn)行行，，降降低低了了跟跟蹤蹤系系統(tǒng)統(tǒng)的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性。。另另外外，，這這種種方方法法只只利利用用了了信信息息量量最最大大的的節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)，，舍舍棄棄了了其其余余的的信信息息量量。。這這一一定定會(huì)會(huì)降降低低跟跟蹤蹤的的精精度度。。4.序貫貫式式先將將多多個(gè)個(gè)優(yōu)優(yōu)化化目目標(biāo)標(biāo)進(jìn)進(jìn)行行重重要要性性排排序序，，根根據(jù)據(jù)排排序序來(lái)來(lái)確確定定滿(mǎn)滿(mǎn)足足的的優(yōu)優(yōu)先先級(jí)級(jí)，，然然后后再再針針對(duì)對(duì)優(yōu)優(yōu)先先級(jí)級(jí)從從高高到到低低的的順順序序來(lái)來(lái)進(jìn)進(jìn)行行多多次次的的單單目目標(biāo)標(biāo)計(jì)計(jì)算算。。這這種種方方法法精精度度和和能能量量是是自自適適應(yīng)應(yīng)的的，，在在獲獲得得滿(mǎn)滿(mǎn)足足條條件件的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)后后就就可可以以進(jìn)進(jìn)行行下下面面的的跟跟蹤蹤，，可可以以是是用用戶(hù)戶(hù)定定制制的的。。如如移移動(dòng)動(dòng)代代理理算算法法，，但但是是在在傳傳輸輸過(guò)過(guò)程程中中要要考考慮慮代代碼碼傳傳輸輸?shù)牡耐ㄍㄐ判拍苣芰苛肯暮?。。目?biāo)偵偵測(cè)偵測(cè)階階段的的目的的就是是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)目標(biāo)標(biāo)。。。目前對(duì)對(duì)于目目標(biāo)來(lái)來(lái)說(shuō)，，有被動(dòng)偵偵測(cè)和和主動(dòng)動(dòng)偵測(cè)測(cè)。主動(dòng)偵偵測(cè)是指目目標(biāo)和和節(jié)點(diǎn)點(diǎn)之間間非敵敵對(duì)關(guān)關(guān)系，，節(jié)點(diǎn)點(diǎn)已知知目標(biāo)標(biāo)所發(fā)發(fā)出的的信號(hào)號(hào)(如射頻頻)，以明明確的的偵測(cè)測(cè)手段段進(jìn)行行偵測(cè)測(cè)被動(dòng)偵偵測(cè)是節(jié)點(diǎn)點(diǎn)不知知道目目標(biāo)的的具體體特征征，只只能通通過(guò)聲聲波、、磁場(chǎng)場(chǎng)等普普通特特征來(lái)來(lái)偵測(cè)測(cè)目標(biāo)標(biāo)。顯然，，主動(dòng)動(dòng)偵測(cè)測(cè)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)目標(biāo)標(biāo)的概概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大大于被被動(dòng)偵偵測(cè)，，誤判判率也也大大大減小小，但實(shí)實(shí)際情情況中中，這這種情情況只只是一一小部部分。。因此對(duì)對(duì)被動(dòng)動(dòng)偵測(cè)測(cè)的研研究應(yīng)應(yīng)該是是主要要的方方向。目標(biāo)分分類(lèi)分類(lèi)就就是區(qū)區(qū)分不不同類(lèi)類(lèi)目標(biāo)標(biāo)的過(guò)過(guò)程。。在由由Arora等人建建立的的“Alineinthestand”系統(tǒng)統(tǒng)中，，利用用不同同種類(lèi)類(lèi)物體體對(duì)環(huán)環(huán)境產(chǎn)產(chǎn)生不不同影影響的的原理理，通通過(guò)抽抽取目目標(biāo)現(xiàn)現(xiàn)象特特征區(qū)區(qū)分不不同種種類(lèi)的的物體體。例例如，，利用用磁信信號(hào)就就可以以區(qū)分分平民民和士士兵。。他們們還建建了““影響響場(chǎng)(influencefiled)”的理論論。其基本原原理是:目標(biāo)物體體的體積積越大，，其影響響范圍也也就越大大。于是可以以根據(jù)偵偵測(cè)到目目標(biāo)的傳傳感器節(jié)節(jié)點(diǎn)的數(shù)數(shù)目來(lái)區(qū)區(qū)分不同同種類(lèi)的的目標(biāo)。。產(chǎn)生初始區(qū)域域或初始簇頭頭一個(gè)目標(biāo)的出出現(xiàn)經(jīng)常會(huì)被被多個(gè)節(jié)點(diǎn)所所感知，如何何在考慮節(jié)能和跟跟蹤精度兩個(gè)要求下綜綜合安排利用用各個(gè)節(jié)點(diǎn)的的信息，這是是傳感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)目目標(biāo)跟蹤任務(wù)務(wù)所要解決的的問(wèn)題。初始區(qū)域或初初始簇頭的選選擇遵循這樣樣的原則：盡量減少信信息貢獻(xiàn)量少少的節(jié)點(diǎn)或信信息有冗余的的節(jié)點(diǎn)的參與與和通信能量量的消耗，同同時(shí)保證達(dá)到到跟蹤任務(wù)的的精度要求。。通常處理的方方法是形成一一個(gè)偵測(cè)區(qū)域域，也叫協(xié)同同組或樹(shù)。每每個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行行單獨(dú)的幀測(cè)測(cè)，當(dāng)測(cè)量值值超過(guò)一定的的門(mén)限值，則則發(fā)送消息加加入?yún)f(xié)同組或或樹(shù)，然后在在組(樹(shù))內(nèi)進(jìn)行頭(根)節(jié)點(diǎn)的選舉，，聯(lián)合判決和和估計(jì)。目標(biāo)的定位傳感器節(jié)點(diǎn)定定位過(guò)程中，，未知節(jié)點(diǎn)在在獲得對(duì)于鄰鄰居信標(biāo)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的距離，或或獲得臨近的的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與與未知節(jié)點(diǎn)之之間的相對(duì)角角度后，通常常使用的下列列方法計(jì)算自自己的位置。。目標(biāo)的定位目標(biāo)的定位目標(biāo)的定位目標(biāo)的定位目標(biāo)的定位目標(biāo)的定位目前主要的定定位方法如下下：(1)基于距離的定定位基于距離的定定位中，測(cè)量量節(jié)點(diǎn)間距離離或方位時(shí)采采用的方法包包括：到達(dá)時(shí)時(shí)間TOA；到達(dá)時(shí)間差差TDOA；到達(dá)角度AOA；接收信號(hào)強(qiáng)強(qiáng)度指示RSSI。基于距離的的定位方法雖雖然能夠達(dá)到到很好的精度度，但共同缺缺點(diǎn)都是需要要節(jié)點(diǎn)間的嚴(yán)嚴(yán)格同步，且且能耗太大。。(2)與距離無(wú)關(guān)的的定位與距離無(wú)關(guān)的的定位中，一一種方法是對(duì)對(duì)節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)標(biāo)間的距離進(jìn)進(jìn)行估計(jì)，然然后通過(guò)三邊邊測(cè)量定位法法或極大似估估計(jì)法進(jìn)行定定位。還有一一種方法是將將包含目標(biāo)的的區(qū)域中心或或離目標(biāo)最近近的節(jié)點(diǎn)位置置作為目標(biāo)位位置，這種方方法誤差較大大。(3)基于聲波衰減減模型的定位位這種方法需要要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)測(cè)測(cè)量獲得比較較接近實(shí)際的的模型，因此此在定位誤差差上有待提高高。5.4動(dòng)態(tài)成簇算法法1、動(dòng)態(tài)成簇算算法簡(jiǎn)介動(dòng)態(tài)成簇算法法（DynamicClustering）是在WSN目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)統(tǒng)中，只有處處于目標(biāo)附近近的節(jié)點(diǎn)是對(duì)對(duì)定位跟蹤有有貢獻(xiàn)的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)點(diǎn)可以處于低低功耗等待目目標(biāo)的出現(xiàn)；；隨著目標(biāo)的的移動(dòng)，目標(biāo)標(biāo)周?chē)墓?jié)點(diǎn)點(diǎn)按照簇的方方式被組織起起來(lái)對(duì)目標(biāo)實(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤蹤。每個(gè)采樣時(shí)刻刻，網(wǎng)絡(luò)中僅僅存在一個(gè)跟跟蹤簇，跟蹤蹤簇隨著目標(biāo)標(biāo)的移動(dòng)而動(dòng)動(dòng)態(tài)的調(diào)整。。5.4動(dòng)態(tài)成簇算法法目標(biāo)跟蹤的動(dòng)動(dòng)態(tài)成簇算法法研究的重點(diǎn)點(diǎn)：（1）網(wǎng)絡(luò)部署由于等待目目標(biāo)出現(xiàn)的的時(shí)間是不不確定的，，所以等待待節(jié)點(diǎn)狀態(tài)態(tài)的設(shè)置會(huì)會(huì)影響系統(tǒng)統(tǒng)的能量利利用率。（2）節(jié)點(diǎn)的激激活方案激活方案的的設(shè)計(jì)要求求在保證跟跟蹤精度的的前提下，，盡可能地地少激活網(wǎng)網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)。。（3）CH選舉及CM加入CH選舉方案的的設(shè)計(jì)要求求盡可能選選舉離目標(biāo)標(biāo)最近的節(jié)節(jié)點(diǎn)成為CH，這樣可以以減少簇內(nèi)內(nèi)通信開(kāi)銷(xiāo)銷(xiāo)，節(jié)省能能量。（4）CH移交方法：：成簇算法法的核心。。隨著目標(biāo)的的移動(dòng)，需需要取消當(dāng)當(dāng)前簇，構(gòu)構(gòu)建新的簇簇來(lái)實(shí)現(xiàn)跟跟蹤。5.4動(dòng)態(tài)成簇算算法2、網(wǎng)絡(luò)部署署方案為了及時(shí)發(fā)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并并節(jié)省能耗耗，初始化化時(shí)節(jié)點(diǎn)狀狀態(tài)設(shè)置方方式主要有有節(jié)點(diǎn)周期期休眠方式式和邊界節(jié)節(jié)點(diǎn)活動(dòng)方方式。邊界節(jié)點(diǎn)設(shè)設(shè)置為感知知狀態(tài)，探探測(cè)所有進(jìn)進(jìn)入感知區(qū)區(qū)域的目標(biāo)標(biāo)；其他非邊界界節(jié)點(diǎn)設(shè)置置為休眠狀狀態(tài)，等待待被喚醒。。網(wǎng)絡(luò)部署后后，選擇部部分或全部部節(jié)點(diǎn)，為為其設(shè)置一一個(gè)定時(shí)器器，使節(jié)點(diǎn)點(diǎn)周期性處處于休眠或或活動(dòng)狀態(tài)態(tài)。節(jié)點(diǎn)休休眠方式有有兩種：（1）部分節(jié)點(diǎn)點(diǎn)周期性休休眠發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)周周期性地處處于發(fā)現(xiàn)和和睡眠狀態(tài)態(tài)；普通節(jié)節(jié)點(diǎn)也設(shè)置置為周期地地處于睡眠眠和偵聽(tīng)狀狀態(tài)。（2）全部節(jié)點(diǎn)點(diǎn)周期休眠眠所有節(jié)點(diǎn)設(shè)設(shè)置為普通通節(jié)點(diǎn)，普普通節(jié)點(diǎn)是是一個(gè)周期期工作節(jié)點(diǎn)點(diǎn)，工作狀狀態(tài)分為：：感知－偵偵聽(tīng)－休眠眠三個(gè)階段段。5.4動(dòng)態(tài)成簇算算法３、節(jié)點(diǎn)激激活方式（１）全喚喚醒模式：：激活所有有節(jié)點(diǎn)對(duì)目目標(biāo)進(jìn)行感感知與跟蹤蹤（２）隨機(jī)機(jī)喚醒模式式：以概率率Ｐ隨機(jī)喚喚醒網(wǎng)內(nèi)節(jié)節(jié)點(diǎn)（３）選擇擇喚醒模式式：根據(jù)跟跟蹤任務(wù)的的需要來(lái)預(yù)預(yù)測(cè)選擇喚喚醒節(jié)點(diǎn)它通過(guò)上一一時(shí)刻目標(biāo)標(biāo)估計(jì)信息息預(yù)測(cè)下一一時(shí)刻目標(biāo)標(biāo)的狀態(tài)，，進(jìn)而喚醒醒下一時(shí)刻刻對(duì)定位跟跟蹤精度收收益大的節(jié)節(jié)點(diǎn)。（4）任務(wù)循環(huán)環(huán)喚醒模式式：選擇網(wǎng)網(wǎng)內(nèi)部分節(jié)節(jié)點(diǎn)周期性性地醒來(lái)去去協(xié)助其他他節(jié)點(diǎn)工作作。在該算法中中，節(jié)點(diǎn)處處于休眠狀狀態(tài)的時(shí)間間較短，大大量時(shí)間處處于檢測(cè)模模式對(duì)目標(biāo)標(biāo)跟蹤。5.4動(dòng)態(tài)成簇算算法4、簇頭選取取和成員選選擇CH選取算法主主要有3種：基于RSS的CH選取機(jī)制基于令牌傳傳遞方式的的CH選取機(jī)制基于信號(hào)功功率和剩余余能量的CH選取機(jī)制5.4動(dòng)態(tài)成簇算算法1）基于RSS的CH選取機(jī)制CH的選舉過(guò)程程：（1）每個(gè)接收收到目標(biāo)信信號(hào)的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)，啟動(dòng)一一個(gè)與RSS值成反比的的定時(shí)器，，進(jìn)入候選選狀態(tài)；（2）定時(shí)器最最先到的節(jié)節(jié)點(diǎn)作為CH，CH就周期性地地發(fā)出“招招募”信息息；（3）在定時(shí)器器到時(shí)前收收到CH發(fā)來(lái)的“招招募”信息息的候選節(jié)節(jié)點(diǎn)，設(shè)置置為CM，同時(shí)中止止自己的選選舉定時(shí)器器?？梢钥闯?，，最先感知知到目標(biāo)的的節(jié)點(diǎn)成為為CH的概率最大大，也即離離目標(biāo)最近近的節(jié)點(diǎn)最最有可能成成為CH。5.4動(dòng)態(tài)成簇算算法2）基于令牌牌傳遞的CH選舉機(jī)制基本思想：：在WSN中設(shè)置一個(gè)個(gè)組網(wǎng)令牌牌，該令牌牌由網(wǎng)關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)管理和和發(fā)放。所所有感知到到目標(biāo)的節(jié)節(jié)點(diǎn)都會(huì)成成為候選節(jié)節(jié)點(diǎn)參與該該令牌的競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)。節(jié)點(diǎn)點(diǎn)感知到目目標(biāo)后，通通過(guò)遠(yuǎn)距離離多跳傳輸輸?shù)姆绞较蛳蚓W(wǎng)關(guān)申請(qǐng)請(qǐng)令牌，申申請(qǐng)消息最最先到達(dá)的的節(jié)點(diǎn)成為為CH，由它發(fā)起起組簇任務(wù)務(wù)。規(guī)定：所有有采樣時(shí)刻刻，網(wǎng)絡(luò)中中的令牌數(shù)數(shù)不大于1?？梢钥闯觯海涸摍C(jī)制選選取的CH是離網(wǎng)關(guān)最最近的那個(gè)個(gè)感知節(jié)點(diǎn)點(diǎn)。好處：CH選舉失敗的的概率小弊端：所有有感知到目目標(biāo)的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)都要向網(wǎng)網(wǎng)關(guān)申請(qǐng)令令牌，會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致大量的的能量開(kāi)銷(xiāo)銷(xiāo)。5.4動(dòng)態(tài)成簇算算法5、簇頭移移交方法CH移交分為兩兩個(gè)步驟：：CH移交的觸發(fā)發(fā)新CH的選擇1）基于RSS的CH移交機(jī)制CH的選擇原則則是盡量選選擇離目標(biāo)標(biāo)最近的節(jié)節(jié)點(diǎn)成為CH。利用參數(shù)設(shè)設(shè)置的方式式來(lái)觸發(fā)CH的移交，即即在CH上運(yùn)行一個(gè)個(gè)輕量級(jí)的的數(shù)據(jù)庫(kù)，，保持并管管理CH及CM的RSS信號(hào)強(qiáng)度、、剩余電量量、檢測(cè)到到的目標(biāo)信信息等。5.4動(dòng)態(tài)成簇算算法2）基于距離離的CH移交機(jī)制讓盡量靠近近目標(biāo)的節(jié)節(jié)點(diǎn)成為CH。5.4動(dòng)態(tài)成簇算算法5.5面向單目標(biāo)標(biāo)的WSN異步動(dòng)態(tài)成成簇算法1、問(wèn)題描述述實(shí)現(xiàn)ADC目標(biāo)跟蹤存存在的問(wèn)題題：（1）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)狀態(tài)如何何設(shè)置（2）按照怎樣樣的方式激激活目標(biāo)周周?chē)?jié)點(diǎn)（3）選擇何種種機(jī)制來(lái)進(jìn)進(jìn)行CH的選舉和和CM的招募（4）隨著目目標(biāo)移動(dòng)動(dòng)，如何何對(duì)CH進(jìn)行動(dòng)態(tài)態(tài)調(diào)整（5）如何精精確地對(duì)對(duì)跟蹤時(shí)時(shí)間進(jìn)行行異步配配準(zhǔn)5.5面向單目目標(biāo)的WSN異步動(dòng)態(tài)態(tài)成簇算算法2、目標(biāo)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)及節(jié)點(diǎn)激激活（1）目標(biāo)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)選擇部分節(jié)節(jié)點(diǎn)周期性性地處于檢檢測(cè)盒休眠眠狀態(tài)，其其他節(jié)點(diǎn)完完全休眠。。（2）節(jié)點(diǎn)激活活發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的的節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)發(fā)出“喚醒醒”信號(hào)給給他一跳以以?xún)?nèi)的鄰居居節(jié)點(diǎn)使他他處于檢測(cè)測(cè)狀態(tài)5.5面向單目標(biāo)標(biāo)的WSN異步動(dòng)態(tài)成成簇算法3、動(dòng)態(tài)跟蹤蹤簇構(gòu)建與與調(diào)整（1）CH選舉及成員員招募采用基于RSS-RP的CH選舉機(jī)制，，為了避免免產(chǎn)生多個(gè)個(gè)簇頭，節(jié)節(jié)點(diǎn)在廣播播消息時(shí)，，捎帶上自自己的剩余余電量（RP）以及接收收到RSS，然后在RSS相同的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)中選擇RP最大的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)作為CH。（2）CH數(shù)據(jù)處理在CH上，運(yùn)行一一個(gè)輕量級(jí)級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)，負(fù)責(zé)管管理和維護(hù)護(hù)動(dòng)態(tài)簇成成員的狀態(tài)態(tài)表。（3）CH的移交及新新成員的加加入啟動(dòng)基于RSS-RP的CH改選機(jī)制，，設(shè)置一個(gè)個(gè)參數(shù)NR來(lái)控制簇頭頭節(jié)點(diǎn)移交交頻率，同同時(shí)觸發(fā)CH的改選。5.5面向單目標(biāo)標(biāo)的WSN異步動(dòng)態(tài)成成簇算法4、異步跟蹤蹤時(shí)間的標(biāo)標(biāo)定、傳遞遞及計(jì)算通過(guò)發(fā)送““跟蹤時(shí)間間標(biāo)定”及及“CH移交”消息息來(lái)進(jìn)行異異步時(shí)間的的校準(zhǔn)。目標(biāo)軌跡的的估計(jì)和預(yù)預(yù)測(cè)(1)數(shù)據(jù)表達(dá)目標(biāo)的位置置有三種數(shù)數(shù)據(jù)表示方方式:精確的坐標(biāo)標(biāo)值、位置置范圍、概概率分布。。精確的坐標(biāo)標(biāo)值表示在在實(shí)現(xiàn)時(shí)往往往帶來(lái)很很大的誤差差，而且這這種誤差會(huì)會(huì)隨著跟蹤蹤過(guò)程的進(jìn)進(jìn)行而擴(kuò)大大，因此在在精度要求求不高的環(huán)環(huán)境中可以以使用。而而位置范圍圍表示和概概率分布表表示由于考考慮了目標(biāo)標(biāo)位置的多多個(gè)可能性性而具有較較高的可信信度，從而而成為現(xiàn)在在目標(biāo)跟蹤蹤數(shù)據(jù)表示示的趨勢(shì)。。但是同樣樣由于其數(shù)數(shù)據(jù)的不確確定性，在在表達(dá)和計(jì)計(jì)算上增加加了復(fù)雜性性。(2)軌跡的估計(jì)計(jì)估計(jì)實(shí)際上上就是在接接受一系列列測(cè)量值后后，通過(guò)一一定的估計(jì)計(jì)方法得出出盡量符合合目標(biāo)真實(shí)實(shí)狀態(tài)的估估計(jì)值。比比較簡(jiǎn)單的的估計(jì)是取取平均值、、最小方差差準(zhǔn)則和MLE，不過(guò)最近近有一些方方法有更好好的跟蹤效效果，比如如序貫估計(jì)計(jì)法。消息通知計(jì)算出運(yùn)動(dòng)動(dòng)軌跡后，，網(wǎng)絡(luò)需要要通知附近近的節(jié)點(diǎn)啟啟動(dòng)并加入入跟蹤過(guò)程程。下圖描描述了消息息通知階段段里對(duì)傳播播節(jié)點(diǎn)的選選取以及消消息通知的的過(guò)程。消息通知消息通知的的過(guò)程是估估算出目標(biāo)標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡跡的偵測(cè)節(jié)節(jié)點(diǎn)要廣播播一個(gè)通知知消息，該該消息包含含發(fā)送者的的位置和目目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的的軌跡參數(shù)數(shù)。收到消消息的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)計(jì)算自己己到目標(biāo)預(yù)預(yù)估軌跡的的的距離，，如果該距距離小于預(yù)預(yù)先設(shè)定的的閾值d，則加入到到跟蹤過(guò)程程，同時(shí)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)該通知知消息。如如果收到消消息的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)到消息發(fā)發(fā)送節(jié)點(diǎn)超超過(guò)一定距距離則丟棄棄這個(gè)消息息。由于每個(gè)偵偵測(cè)到目標(biāo)標(biāo)的節(jié)點(diǎn)都都嘗試計(jì)算算目標(biāo)的位位置及運(yùn)動(dòng)動(dòng)軌跡，所所以可能出出現(xiàn)多個(gè)節(jié)節(jié)點(diǎn)發(fā)送通通知消息。。為了節(jié)省省網(wǎng)絡(luò)帶寬寬和能量，，通常規(guī)定定節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)通通知消息后后的一段時(shí)時(shí)間內(nèi)不能能在轉(zhuǎn)發(fā)任任何節(jié)點(diǎn)的的通知消息息。如上圖圖所示，滿(mǎn)滿(mǎn)足閾值的的傳播節(jié)點(diǎn)點(diǎn)處于圖中中兩條虛線(xiàn)線(xiàn)之間，形形成一個(gè)跟跟隨目標(biāo)運(yùn)運(yùn)動(dòng)的跟蹤蹤帶。目標(biāo)跟蹤指指標(biāo)要求理想的傳感感器網(wǎng)絡(luò)跟跟蹤系統(tǒng)具具有可擴(kuò)展展性、漸進(jìn)進(jìn)精度特性性、實(shí)時(shí)性性、可靠性性、自適應(yīng)應(yīng)性，節(jié)能能效率高等等優(yōu)點(diǎn)。在目標(biāo)跟蹤蹤的過(guò)程中中，需要考慮的的指標(biāo)有能能量消耗、、跟蹤精度度、跟蹤的的魯棒性和和跟蹤反應(yīng)應(yīng)時(shí)間等。能量消耗耗主要部分分有傳感器、處處理器、通通信，其中最主要的能能量消耗是是通信能量量消耗，在活動(dòng)目目標(biāo)的跟蹤蹤中，要考考慮傳感器器的偵測(cè)周周期和安放放策略以減減少傳感器器能量消耗耗，設(shè)計(jì)有有效算法降降低處理器器能耗，減減少數(shù)據(jù)傳傳輸和節(jié)點(diǎn)點(diǎn)間交互以以節(jié)約通信信能量。然然而，要提提高跟蹤精精度，就要要融合較多多節(jié)點(diǎn)的數(shù)數(shù)據(jù)，采取取比較復(fù)雜雜的算法，，或傳輸較較多的信息息。可以看出，，能量消耗和和跟蹤精度度是一對(duì)矛矛盾。跟蹤的魯魯棒性是指指在網(wǎng)絡(luò)拓拓?fù)渥兓蚧驍?shù)據(jù)丟失失的情況下下，跟蹤算算法都能夠夠恢復(fù)或繼繼續(xù)進(jìn)行；；跟蹤的反反應(yīng)時(shí)間是是指若用戶(hù)戶(hù)想實(shí)時(shí)獲獲得跟蹤信信息，則跟跟蹤算法和和路由就必必須考慮到到時(shí)延的問(wèn)問(wèn)題。參考文獻(xiàn)：：[1]王榮花.基于無(wú)線(xiàn)傳傳感網(wǎng)絡(luò)的的目標(biāo)跟蹤蹤技術(shù)研究究[D].山東大學(xué)碩碩士學(xué)位論論文,2010.[2]胡冰.無(wú)線(xiàn)傳感器器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)定位與目目標(biāo)跟蹤技技術(shù)研究[D].武漢理理工大大學(xué)博博士學(xué)學(xué)位論論文,2010.[3]匡興紅紅.無(wú)線(xiàn)傳傳感器器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)中定定位跟跟蹤技技術(shù)的的研究究[D].上海交交通大大學(xué)博博士學(xué)學(xué)位論論文,2008.THEEND9、靜夜四無(wú)鄰鄰，荒居舊業(yè)業(yè)貧。。12月-2212月-22Friday,December23,202210、雨中黃葉樹(shù)樹(shù)，燈下白頭頭人。。05:37:1605:37:1605:3712/23/20225:37:16AM11、以我獨(dú)沈久久，愧君相見(jiàn)見(jiàn)頻。。12月-2205:37:1605:37Dec-2223-Dec-2212、故故人人江江海海別別，，幾幾度度隔隔山山川川。。。。05:37:1605:37:1605:37Friday,December23,202213、乍乍見(jiàn)見(jiàn)翻翻疑疑夢(mèng)夢(mèng)，，相相悲悲各各問(wèn)問(wèn)年年。。。。12月月-2212月月-2205:37:1605:37:16December23,202214、他鄉(xiāng)鄉(xiāng)生白白發(fā)，，舊國(guó)國(guó)見(jiàn)青青山。。。23十十二二月20225:37:16上上午05:37:1612月月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月225:37上上午12月-2205:37December23,202216、行動(dòng)出成果果，工作出財(cái)財(cái)富。。2022/12/235:37:1605:37:1623December202217、做前，能能夠環(huán)視四四周；做時(shí)時(shí)，你只能能或者最好好沿著以腳腳為起點(diǎn)的的射線(xiàn)向前前。。5:37:16上上午5:37上上午05:37:1612月-229、沒(méi)有失敗敗，只有暫暫時(shí)停止成成功！。12月-2212月-22Friday,December23,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有結(jié)結(jié)果果，，但但是是不不努努力力卻卻什什么么改改變變也也沒(méi)沒(méi)有有。。。。05:37:1605:37:1605:3712/23/20225:37:16AM11、成成功功就就是是日日復(fù)復(fù)一一日日那那一一點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)小小小小努努力力的的積積累累。。。。12月月-2205:37:1605:37Dec-2223-Dec-2212、世間成事，，不求其絕對(duì)對(duì)圓滿(mǎn)，留一一份不足，可可得無(wú)限完美美。。05:37:1605:37:1605:37Friday,December23,202213、不知香積寺寺，數(shù)里入云