無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法及系統(tǒng)，所述方法包括：S1、對無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇；S2、將分簇后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)置于活躍狀態(tài)，收集移動(dòng)物體的歷史移動(dòng)路徑信息；S3、根據(jù)所述歷史移動(dòng)路徑信息建立所有所述傳感器節(jié)點(diǎn)的后向依賴序列，并將所述后向依賴序列存儲(chǔ)到對應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)；S4、在每個(gè)簇中按照所述后向依賴序列控制傳感器節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行所述移動(dòng)物體的跟蹤。該方法通過將傳感器節(jié)點(diǎn)分簇的方式，減少了傳感器節(jié)點(diǎn)和基站之間的長距離通信，實(shí)現(xiàn)預(yù)測信息的局部更新。并且在跟蹤過程中，根據(jù)后向依賴方式進(jìn)行預(yù)測，大大減少了時(shí)間復(fù)雜性，并提高了跟蹤精確度，支持多類物體同時(shí)跟蹤。
【專利說明】無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法及其系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線傳感網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目 標(biāo)跟蹤方法及其系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在無線傳感網(wǎng)絡(luò)的眾多應(yīng)用中，目標(biāo)跟蹤傳感網(wǎng)（0TSN)是最耗能的應(yīng)用之一， 0TSN主要用來跟蹤移動(dòng)物體并且上報(bào)最新位置，這一動(dòng)態(tài)過程耗費(fèi)很多網(wǎng)絡(luò)資源，而傳感 器的電源能量極其有限。目前有兩種主要的途徑解決傳感器能耗問題，一是通過改進(jìn)傳感 器的硬件設(shè)計(jì)，優(yōu)化物理結(jié)構(gòu)來降低傳感節(jié)點(diǎn)的能耗；二是通過控制傳感器狀態(tài)進(jìn)行節(jié) 能，盡量使不工作的傳感器保持休眠狀態(tài)，這類方法又分為兩種，一種是不基于預(yù)測的方 法，周期性的將傳感器置為活躍和休眠狀態(tài)，另一類是基于預(yù)測的方法，通過對路徑日志信 息進(jìn)行規(guī)律分析，有選擇的讓傳感器節(jié)點(diǎn)保持最長時(shí)間的休眠狀態(tài)。
[0003]方案1 :論文《An Energy Efficient Technique for Object Tracking in Wireless Sensor Networks》（ICC, 2011:1-5)提出了PTSP方法進(jìn)行物體路徑跟蹤。該方法 主要是根據(jù)歷史移動(dòng)路徑，生成所有的傳感器節(jié)點(diǎn)前后依賴序列，然后按照依賴序列的頻 率大小選出依賴性較強(qiáng)的序列，基于這些序列來預(yù)測物體的移動(dòng)路徑。該方法在生成依賴 序列過程中，需要對路徑上的每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)遍歷前后節(jié)點(diǎn)，復(fù)雜度較高。此外，挑選出來 的依賴序列不能完全描述物體移動(dòng)方向，即若某些傳感器節(jié)點(diǎn)沒有較強(qiáng)的前后依賴序列， 就會(huì)造成無法判定下一跳傳感器節(jié)點(diǎn)，丟失率較高。
[0004] 方案2:論文《An object tracking scheme for wireless sensor networks using data mining mechanism》（N0MS IEEE,2012:526-529)中應(yīng)用Apriori方法基于歷 史路徑信息挖掘關(guān)聯(lián)規(guī)則，該方法逐步挖掘頻繁訪問的傳感器節(jié)點(diǎn)，每一步增加一個(gè)傳感 器節(jié)點(diǎn)，刪除支持率小于閾值的傳感器序列，直到不能增加傳感器節(jié)點(diǎn)終止。最終得到傳感 器最長依賴序列，按照該依賴序列控制傳感器節(jié)點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)行路徑跟蹤。該方法在每步挖掘 頻繁訪問的傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)，均需遍歷全部路徑信息一次。物體的移動(dòng)路徑信息量較大，故該 方法復(fù)雜度較高。此外，最終挖掘到的最長依賴序列不能保證包含所有傳感器節(jié)點(diǎn)，對于不 在最長依賴序列上的傳感器節(jié)點(diǎn)，無法判斷下一跳信息。
[0005] 方案3 :專利號(hào)ZL 200710164468. 4 -種基于預(yù)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤方 法，該方法包含如下步驟：A.根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的當(dāng)前測量數(shù)據(jù)或者歷史測量數(shù)據(jù)確定目標(biāo)的 運(yùn)動(dòng)特征；B.結(jié)合目標(biāo)的當(dāng)前位置、速度、運(yùn)動(dòng)方向等信息預(yù)測目標(biāo)的未來位置以及下一 監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的喚醒時(shí)刻；C.當(dāng)目標(biāo)位置預(yù)測失敗時(shí)，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)歷史記錄和先驗(yàn)知 識(shí)逐級啟動(dòng)預(yù)測失敗恢復(fù)過程。本發(fā)明根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特征，并 據(jù)此預(yù)測目標(biāo)的未來運(yùn)動(dòng)。該發(fā)明在預(yù)測目標(biāo)的未來位置、下一監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的喚醒時(shí)刻以及 預(yù)測失敗進(jìn)行恢復(fù)時(shí)，均需要目標(biāo)最大速度、最大加速度、最大角速度、最大角加速度極限 運(yùn)動(dòng)參數(shù)等先驗(yàn)知識(shí)，使得傳感器節(jié)點(diǎn)需消耗較多的能量進(jìn)行先驗(yàn)知識(shí)的計(jì)算。該發(fā)明雖 在預(yù)測精確度上有一定優(yōu)勢，但是耗能較大。
[0006] 方案4:專利號(hào)ZL200810103125. 1 -種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)跟蹤方法，包括下 列步驟：步驟A，利用歷史目標(biāo)狀態(tài)信息和當(dāng)前時(shí)刻觀測數(shù)據(jù)，進(jìn)行重要性采樣，獲得粒 子狀態(tài)估計(jì)信息，計(jì)算得到軌跡存活指數(shù)和剩余測量值；步驟B，根據(jù)軌跡存活指數(shù)決定是 否終止該軌跡，并更新軌跡集合；步驟C，使用重采樣后的粒子，獲得全部目標(biāo)軌跡的當(dāng)前 狀態(tài)估計(jì)，即移動(dòng)目標(biāo)的當(dāng)前位置和運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位跟蹤。該發(fā)明使用重采樣后 的粒子，獲得全部目標(biāo)軌跡的當(dāng)前狀態(tài)估計(jì)，即移動(dòng)目標(biāo)的當(dāng)前位置和運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 定位跟蹤，這要求所有傳感器節(jié)點(diǎn)必須處于時(shí)間同步狀態(tài)，復(fù)雜度較高。
[0007] 方案5:專利號(hào)ZL 200810225565. 4 -種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)定位與跟蹤方法，所 述方法主要包括：在任意定位時(shí)刻，根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)測量信息預(yù)估計(jì)目標(biāo)位置，建立包含 目標(biāo)預(yù)估計(jì)位置的學(xué)習(xí)區(qū)域，在學(xué)習(xí)區(qū)域內(nèi)選取任意數(shù)量的位置點(diǎn)，利用多項(xiàng)式核函數(shù)和 E-支持向量回歸機(jī)逼近位置點(diǎn)到傳感器節(jié)點(diǎn)距離向量與位置點(diǎn)坐標(biāo)的映射關(guān)系得到?jīng)Q策 函數(shù)，將傳感器節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)測距向量輸入決策函數(shù)得到目標(biāo)位置估計(jì)值，將目標(biāo)位置估 計(jì)值發(fā)送至基站，基站對目標(biāo)位置歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合更新目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤。 該發(fā)明通過將傳感器節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)測距向量輸入決策函數(shù)得到目標(biāo)位置估計(jì)值，目標(biāo)位置估 計(jì)值被發(fā)送到基站，基站對目標(biāo)位置歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合更新目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤， 對于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡不具有任何曲線規(guī)律性的情況，該發(fā)明在擬合過程中會(huì)出現(xiàn)較大預(yù)測誤 差，進(jìn)而導(dǎo)致丟失率較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 基于上述問題，本發(fā)明提供一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法及其系 統(tǒng)，通過將傳感器節(jié)點(diǎn)分簇的方式，減少了傳感器節(jié)點(diǎn)和基站之間的長距離通信，實(shí)現(xiàn)預(yù)測 信息局部更新。并且在跟蹤過程中，根據(jù)后向依賴方式進(jìn)行預(yù)測，大大減少了時(shí)間復(fù)雜性， 并提_ 了跟蹤精確度。
[0009] 根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法，所述 方法包括：
[0010] S1、對無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇；
[0011] S2、將分簇后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)置于活躍狀態(tài)，收集移動(dòng)物體的歷史移動(dòng)路徑信 息；
[0012] S3、根據(jù)所述歷史移動(dòng)路徑信息建立所有所述傳感器節(jié)點(diǎn)的后向依賴序列，并將 所述后向依賴序列存儲(chǔ)到對應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)；
[0013] S4、在每個(gè)簇中按照所述后向依賴序列控制傳感器節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行所述移動(dòng)物 體的跟蹤。
[0014] 其中，所述步驟S1具體包括：利用K-means算法對所述傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇。
[0015] 其中，所述步驟S2還包括：將所述歷史移動(dòng)路徑信息分類并存儲(chǔ)。
[0016] 其中，所述步驟S4具體包括：
[0017] S41、計(jì)算簇內(nèi)的每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的置信度，并按照置信度降序排列成 一維數(shù)組；
[0018] S42,將所述一維數(shù)組的內(nèi)容作為預(yù)測信息存儲(chǔ)到相應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)中；
[0019] S43,在進(jìn)行移動(dòng)物體跟蹤時(shí)，當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)該節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的所述預(yù)測信息激 活下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)物體跟蹤。
[0020] 其中，所述步驟S43具體包括：
[0021] S431、當(dāng)所述當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)被激活后，開始監(jiān)測跟蹤區(qū)內(nèi)是否存在移動(dòng)物體；
[0022] S432、當(dāng)在跟蹤時(shí)間段內(nèi)跟蹤到移動(dòng)物體，則將跟蹤結(jié)果報(bào)告給上一個(gè)傳感器節(jié) 占.
[0023] S433、在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)根據(jù)存儲(chǔ)的預(yù)測信息預(yù)測下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，并將激活信 息發(fā)送到預(yù)測的下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)；
[0024] S434、所述下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)執(zhí)行步驟S431，所述當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)在收到所述下 一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的跟蹤結(jié)果后進(jìn)入休眠狀態(tài)，否則執(zhí)行下一步；
[0025] S435、所述當(dāng)前傳感器沒有接收到下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的跟蹤結(jié)果時(shí)，則所述移動(dòng) 物體跟蹤失敗，啟動(dòng)恢復(fù)機(jī)制，恢復(fù)所述移動(dòng)物體的跟蹤。
[0026] 其中，所述步驟S435具體包括：
[0027] 計(jì)算在所述移動(dòng)物體跟蹤過程中的丟失率，當(dāng)所述丟失率小于閾值時(shí)，所述當(dāng)前 傳感器將所述預(yù)測失敗信息發(fā)送給對應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)，然后激活所述當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)的后 向依賴序列中所有的目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)，然后進(jìn)入休眠狀態(tài)；
[0028] 若所述目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)跟蹤到所述移動(dòng)物體，則跟蹤到所述移動(dòng)物體的傳感器節(jié) 點(diǎn)向所述簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)信息；
[0029] 所述簇頭節(jié)點(diǎn)在接收到所述確認(rèn)信息后更新跟蹤失敗的傳感器節(jié)點(diǎn)的后向依賴 序列；
[0030] 根據(jù)更新后的后向依賴序列，將所述跟蹤到所述物體的傳感器節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié) 點(diǎn)，執(zhí)行步驟S431;
[0031] 其中，所述步驟S435還包括：
[0032] 若所有所述目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)都沒有跟蹤到所述移動(dòng)物體時(shí)，則以所述簇頭節(jié)點(diǎn)為 源節(jié)點(diǎn)激活所有的傳感器節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行移動(dòng)物體的跟蹤；
[0033] 將跟蹤到所述物體的傳感器節(jié)點(diǎn)向所述簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)信息；
[0034] 所述簇頭節(jié)點(diǎn)在接收到所述確認(rèn)信息后更新跟蹤失敗的傳感器節(jié)點(diǎn)的后向依賴 序列；
[0035] 根據(jù)更新后的后向依賴序列，將所述跟蹤到所述物體的傳感器節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié) 點(diǎn)，執(zhí)行步驟S431 ;
[0036] 其中，所述步驟S435還包括：
[0037] 當(dāng)所述丟失率大于閾值時(shí)，所述簇頭節(jié)點(diǎn)將更新的后向依賴序列發(fā)送到相應(yīng)的傳 感器節(jié)點(diǎn)，每個(gè)所述相應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收的后向依賴序列更新自己的后向依賴序 列，然后執(zhí)行步驟S41。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，所 述系統(tǒng)包括：
[0039] 分簇單元，用于對無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇；
[0040] 歷史移動(dòng)信息收集單元，用于將分簇后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)置于活躍狀態(tài)，收集移 動(dòng)目標(biāo)的歷史移動(dòng)路徑信息；
[0041]后向依賴序列建立單元，用于根據(jù)所述歷史移動(dòng)路徑信息建立所有所述傳感器 節(jié)點(diǎn)的后向依賴序列，并將所述后向依賴序列存儲(chǔ)到對應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)；
[0042] 物體跟蹤單元，用于在每個(gè)所述簇中按照所述后向依賴序列控制傳感器節(jié)點(diǎn)的狀 態(tài)進(jìn)行所述移動(dòng)物體的跟蹤。
[0043] 本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法及其系統(tǒng)，只需基于后向依賴 即可進(jìn)行物體跟蹤，大大減少了時(shí)間復(fù)雜性，并在精確度方面有一定的提高；同時(shí)，通過分 簇減少傳感器節(jié)點(diǎn)和基站之間的長距離通信，并且將預(yù)測結(jié)果存儲(chǔ)在傳感器節(jié)點(diǎn)，減少了 傳感器與簇頭之間的交互，在路徑規(guī)律發(fā)生局部變化時(shí)，分簇機(jī)制可以在不影響其他部分 的前提下快速簡便的實(shí)現(xiàn)重新預(yù)測；另外，在跟蹤失敗時(shí)，本發(fā)明的恢復(fù)方法并不是簡單的 洪泛機(jī)制，而是首先根據(jù)已挖掘出來的路徑規(guī)律進(jìn)行恢復(fù)，若還是失敗，再進(jìn)行全局洪泛。 通過這一方法，可以快速簡單的實(shí)現(xiàn)恢復(fù)，顯著減少了跟蹤丟失率；另外，該方法支持多類 物體同時(shí)跟蹤。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044] 通過參考附圖會(huì)更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理 解為對本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中：
[0045] 圖1示出了本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法的流程圖。
[0046] 圖2示出了本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法的具體過程示意 圖。
[0047] 圖3示出了本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0048] 圖4示出了本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法與現(xiàn)有方法在總 能源消耗方面的比較圖；
[0049] 圖5示出了本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法與現(xiàn)有方法在丟 失率方面的比較圖；
[0050] 圖6示出了本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法與現(xiàn)有方法在參 與恢復(fù)的傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量方面的比較圖；

【具體實(shí)施方式】
[0051] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0052] 圖1示出了本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法的流程圖。
[0053] 圖2示出了本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法的具體過程示意 圖。
[0054] 參照圖1和圖2,本發(fā)明提供了一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法，該 方法包括：
[0055] S1、對無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇；
[0056] 本實(shí)施例中，利用K-means算法對所述傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇，分簇后，在物體跟蹤 過程中，傳感器節(jié)點(diǎn)只需與簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行近距離通信即可。
[0057] S2、將分簇后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)置于活躍狀態(tài)，收集移動(dòng)目標(biāo)的歷史移動(dòng)路徑信 息；
[0058] 在本實(shí)施例中，0TSN的四周，可以布置一些用于區(qū)分物體種類的傳感器或是多種 傳感器的組合，然后將區(qū)分物體種類的傳感器節(jié)點(diǎn)和用于移動(dòng)跟蹤的傳感器節(jié)點(diǎn)都置于活 躍狀態(tài)，收集移動(dòng)目標(biāo)的路徑信息并區(qū)分類別進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0059] 本實(shí)施是基于sink節(jié)點(diǎn)搜集到的大量日志信息，通過分析行為數(shù)據(jù)的規(guī)律性，在 允許一定丟失率的前提下，形成下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的預(yù)測信息。
[0060] S3、根據(jù)所述歷史移動(dòng)路徑信息建立所有所述傳感器節(jié)點(diǎn)的后向依賴序列 seq[now，des]，其中，now表示當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)的信息，des表示目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)的信息，即 下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的信息。
[0061] 在后向依賴序列建立過程中，簇內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)將跟蹤信息發(fā)送到簇頭節(jié)點(diǎn)，簇 頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將跟蹤數(shù)據(jù)發(fā)送到基站，基站挖掘物體移動(dòng)模式，根據(jù)歷史移動(dòng)路徑信息建立 后向依賴序列，并將建立的后向依賴序列發(fā)送會(huì)簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)將后向依賴序列發(fā)送 到對應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，在跟蹤過程中，當(dāng)簇內(nèi)移動(dòng)物體的移動(dòng)規(guī)律發(fā)生變化時(shí)，只需 要當(dāng)前簇頭節(jié)點(diǎn)重新挖掘移動(dòng)物體的移動(dòng)模式，更新后向依賴序列，而其他簇不受影響。由 此可知，分簇后只需每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)與基站進(jìn)行長距離通信，并當(dāng)其中一個(gè)簇進(jìn)行更新時(shí)，其 他簇不受影響，從而減少了計(jì)算的復(fù)雜性，節(jié)省了時(shí)間。
[0062] S4、在每個(gè)所述簇中按照所述后向依賴序列控制傳感器節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行移動(dòng)物體 跟蹤。
[0063] 步驟S4具體包括：
[0064] S41、計(jì)算簇內(nèi)的每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的置信度，并按照置信度降序排列成 一維數(shù)組SN(SN_NUM) (type) = {des}，其中，SN_NUM為數(shù)組的數(shù)量，對應(yīng)傳感器數(shù)目，type 為數(shù)組的類型；
[0065] S42,將一維數(shù)組的內(nèi)容（降序排列的目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)集（desl，des2, des3......)) 作為預(yù)測信息存儲(chǔ)到相應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)中；
[0066] S43,在進(jìn)行移動(dòng)物體跟蹤時(shí)，當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)該節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的所述預(yù)測信息激 活下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)物體跟蹤。
[0067] 參照圖2,步驟S43具體包括：
[0068] S431、當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)被激活后，開始監(jiān)測跟蹤區(qū)內(nèi)是否存在物體；
[0069] S432、當(dāng)在跟蹤時(shí)間段內(nèi)跟蹤到物體，則將跟蹤結(jié)果報(bào)告給上一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)；
[0070] S433、在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)根據(jù)存儲(chǔ)的預(yù)測信息預(yù)測下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，并將激活信 息發(fā)送到預(yù)測的下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)；
[0071] S434、下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)執(zhí)行步驟S431，所述當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)在收到所述下一個(gè) 傳感器節(jié)點(diǎn)的跟蹤結(jié)果后進(jìn)入休眠狀態(tài)，否則執(zhí)行下一步；
[0072] S435、所述當(dāng)前傳感器沒有接收到下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的跟蹤結(jié)果時(shí)，則所述移動(dòng) 物體跟蹤失敗，啟動(dòng)恢復(fù)機(jī)制，恢復(fù)所述移動(dòng)物體的跟蹤。
[0073] 具體地，上述步驟S43通過以下具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0074] 如圖所示，在第一個(gè)T-X時(shí)間內(nèi)當(dāng)前傳感器處于休眠狀態(tài)，在T-X時(shí)刻被激活后， 開始監(jiān)測跟蹤區(qū)內(nèi)是否存在物體，并在X時(shí)刻報(bào)告跟蹤結(jié)果ACK到上一條傳感器節(jié)點(diǎn)；然后 在第二個(gè)T-X時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)此次的預(yù)測信息預(yù)測下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，在 T-X時(shí)刻之后發(fā)送激活信息給下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)；并在第二個(gè)X時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn) 和下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)均處于活躍狀態(tài)，下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在跟蹤到物體后，發(fā)送跟蹤結(jié)果 ACK給當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)，此時(shí)標(biāo)志著預(yù)測的正確性。當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)在接收到ACK之后，由 活躍狀態(tài)轉(zhuǎn)換到休眠狀態(tài)，下一個(gè)傳感器作為當(dāng)前傳感器繼續(xù)進(jìn)行跟蹤。
[0075] 如果在第二個(gè)X時(shí)間段內(nèi)當(dāng)前傳感器沒有接收到ACK，則說明預(yù)測失敗，啟動(dòng)恢復(fù) 機(jī)制，同時(shí)當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)將預(yù)測失敗信息發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)。
[0076] 啟動(dòng)恢復(fù)機(jī)制的過程包括以下步驟：
[0077] 計(jì)算在所述移動(dòng)物體跟蹤過程中的丟失率，當(dāng)所述丟失率小于閾值時(shí)，所述當(dāng)前 傳感器將所述預(yù)測失敗信息發(fā)送給對應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)，然后激活所述當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)的后向 依賴序列中所有的目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)，然后進(jìn)入休眠狀態(tài)；
[0078] 若所述目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)跟蹤到所述移動(dòng)物體，則跟蹤到所述移動(dòng)物體的傳感器節(jié) 點(diǎn)向所述簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)信息；
[0079] 所述簇頭節(jié)點(diǎn)在接收到所述確認(rèn)信息后更新跟蹤失敗的傳感器節(jié)點(diǎn)的后向依賴 序列；
[0080] 根據(jù)更新后的后向依賴序列，將所述跟蹤到所述物體的傳感器節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié) 點(diǎn)，執(zhí)行步驟S431 ;
[0081] 若所有所述目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)都沒有跟蹤到所述移動(dòng)物體時(shí)，則啟動(dòng)洪泛機(jī)制，即 以所述簇頭節(jié)點(diǎn)為源節(jié)點(diǎn)激活所有的傳感器節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行移動(dòng)物體的跟蹤；
[0082] 將跟蹤到所述物體的傳感器節(jié)點(diǎn)向所述簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)信息；
[0083] 所述簇頭節(jié)點(diǎn)在接收到所述確認(rèn)信息后更新跟蹤失敗的傳感器節(jié)點(diǎn)的后向依賴 序列；
[0084] 根據(jù)更新后的后向依賴序列，將所述跟蹤到所述物體的傳感器節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié) 點(diǎn)，執(zhí)行步驟S431 ;
[0085] 另外，當(dāng)所述丟失率大于閾值，即丟失率較高時(shí)，所述簇頭節(jié)點(diǎn)將更新的后向依賴 序列發(fā)送到相應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)，每個(gè)所述相應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收的后向依賴序列更新 自己的后向依賴序列，然后執(zhí)行步驟S41。
[0086] 圖3示出了本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0087] 參照圖3,根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟 足示系統(tǒng)，該述系統(tǒng)包括：
[0088] 分簇單元10,用于對無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇；
[0089] 歷史移動(dòng)信息收集單元20,用于將分簇后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)置于活躍狀態(tài)，收集 移動(dòng)目標(biāo)的歷史移動(dòng)路徑信息；
[0090] 后向依賴序列建立單元30,用于根據(jù)所述歷史移動(dòng)路徑信息建立所有所述傳感器 節(jié)點(diǎn)的后向依賴序列，并將所述后向依賴序列存儲(chǔ)到對應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)；
[0091] 物體跟蹤單元40,用于在每個(gè)所述簇中按照所述后向依賴序列控制傳感器節(jié)點(diǎn)的 狀態(tài)進(jìn)行移動(dòng)物體的跟蹤。
[0092] 下表是利用本發(fā)明的方法對物體進(jìn)行跟蹤與現(xiàn)有的方法的比較信息表。
[0093]

【權(quán)利要求】
1. 一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于，所述方法包括： 51、 對無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇； 52、 將分簇后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)置于活躍狀態(tài)，收集移動(dòng)物體的歷史移動(dòng)路徑信息； 53、 根據(jù)所述歷史移動(dòng)路徑信息建立所有所述傳感器節(jié)點(diǎn)的后向依賴序列，并將所述 后向依賴序列存儲(chǔ)到對應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)； 54、 在每個(gè)簇中按照所述后向依賴序列控制傳感器節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行所述移動(dòng)物體的跟 蹤。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法，其特征在 于，所述步驟S1具體包括；利用K-means算法對所述傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法，其特征在 于，所述步驟S2還包括：將所述歷史移動(dòng)路徑信息分類并存儲(chǔ)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法，其特征在 于，所述步驟S4具體包括： 541, 計(jì)算簇內(nèi)的每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的置信度，并按照置信度降序排列成一維 數(shù)組； 542, 將所述一維數(shù)組的內(nèi)容作為預(yù)測信息存儲(chǔ)到相應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)中； 543, 在進(jìn)行移動(dòng)物體跟蹤時(shí)，當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)該節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的所述預(yù)測信息激活下 一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)物體跟蹤。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法，其特征在 于，所述步驟S43具體包括： 5431、 當(dāng)所述當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)被激活后，開始監(jiān)測跟蹤區(qū)內(nèi)是否存在移動(dòng)物體； 5432、 當(dāng)在跟蹤時(shí)間段內(nèi)跟蹤到移動(dòng)物體，則將跟蹤結(jié)果報(bào)告給上一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)； 5433、 在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)根據(jù)存儲(chǔ)的預(yù)測信息預(yù)測下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，并將激活信息發(fā) 送到預(yù)測的下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)； 5434、 所述下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)執(zhí)行步驟S431，所述當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)在收到所述下一個(gè) 傳感器節(jié)點(diǎn)的跟蹤結(jié)果后進(jìn)入休眠狀態(tài)，否則執(zhí)行下一步； 5435、 所述當(dāng)前傳感器沒有接收到下一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的跟蹤結(jié)果時(shí)，則所述移動(dòng)物體 跟蹤失敗，啟動(dòng)恢復(fù)機(jī)制，恢復(fù)所述移動(dòng)物體的跟蹤。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法，其特征在 于，所述步驟S435具體包括： 計(jì)算在所述移動(dòng)物體跟蹤過程中的丟失率，當(dāng)所述丟失率小于闊值時(shí)，所述當(dāng)前傳感 器將所述預(yù)測失敗信息發(fā)送給對應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)，然后激活所述當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)的后向依賴 序列中所有的目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)，然后進(jìn)入休眠狀態(tài)； 若所述目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)跟蹤到所述移動(dòng)物體，則跟蹤到所述移動(dòng)物體的傳感器節(jié)點(diǎn)向 所述簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)信息； 所述簇頭節(jié)點(diǎn)在接收到所述確認(rèn)信息后更新跟蹤失敗的傳感器節(jié)點(diǎn)的后向依賴序 列； 根據(jù)更新后的后向依賴序列，將所述跟蹤到所述物體的傳感器節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，執(zhí) 行步驟S431。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法，其特征在 于，所述步驟S435還包括： 若所有所述目標(biāo)傳感器節(jié)點(diǎn)都沒有跟蹤到所述移動(dòng)物體時(shí)，則W所述簇頭節(jié)點(diǎn)為源節(jié) 點(diǎn)激活所有的傳感器節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行移動(dòng)物體的跟蹤； 將跟蹤到所述物體的傳感器節(jié)點(diǎn)向所述簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)信息； 所述簇頭節(jié)點(diǎn)在接收到所述確認(rèn)信息后更新跟蹤失敗的傳感器節(jié)點(diǎn)的后向依賴序 列； 根據(jù)更新后的后向依賴序列，將所述跟蹤到所述物體的傳感器節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，執(zhí) 行步驟S431 ;
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤方法，其特征在 于，所述步驟S435還包括： 當(dāng)所述丟失率大于闊值時(shí)，所述簇頭節(jié)點(diǎn)將更新的后向依賴序列發(fā)送到相應(yīng)的傳感器 節(jié)點(diǎn)，每個(gè)所述相應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收的后向依賴序列更新自己的后向依賴序列，然 后執(zhí)行步驟S41。
9. 一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括： 分簇單元，用于對無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇； 歷史移動(dòng)信息收集單元，用于將分簇后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)置于活躍狀態(tài)，收集移動(dòng)目 標(biāo)的歷史移動(dòng)路徑信息； 后向依賴序列建立單元，用于根據(jù)所述歷史移動(dòng)路徑信息建立所有所述傳感器節(jié)點(diǎn)的 后向依賴序列，并將所述后向依賴序列存儲(chǔ)到對應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)； 物體跟蹤單元，用于在每個(gè)所述簇中按照所述后向依賴序列控制傳感器節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn) 行所述移動(dòng)物體的跟蹤。
【文檔編號(hào)】H04W40/02GK104469875SQ201410693468
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】高志鵬, 程偉靜, 芮蘭蘭, 王穎, 劉會(huì)永, 熊翱, 亓峰 申請人:北京郵電大學(xué)