面向動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤的能量獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)休眠調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種面向動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤的能量獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)休眠調(diào)度方法，該方法包括：當(dāng)休眠調(diào)度開始時(shí)在觀測(cè)區(qū)域邊界的節(jié)點(diǎn)都處于工作狀態(tài)以等待目標(biāo)的到來(lái)，其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)并從外界獲取能量；當(dāng)某個(gè)目標(biāo)靠近區(qū)域時(shí)，檢測(cè)到該目標(biāo)出現(xiàn)的邊界節(jié)點(diǎn)廣播通知其它邊界節(jié)點(diǎn)以及鄰居節(jié)點(diǎn)，并且喚醒鄰居節(jié)點(diǎn)去跟蹤該目標(biāo)。本發(fā)明能夠適應(yīng)目標(biāo)的數(shù)量、移動(dòng)方向和速率改變以及節(jié)點(diǎn)從外界獲取能量的情形，優(yōu)化利用從外界獲取的能量，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期，同時(shí)滿足動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤的性能要求。
【專利說(shuō)明】面向動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤的能量獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)休眠調(diào)度方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及傳感器網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種面向動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤的能量獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)休眠調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0003]傳感器網(wǎng)絡(luò)有別于其它無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的主要特征是傳感器節(jié)點(diǎn)由自帶的電池供電，可用的能量是有限的。因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)中架構(gòu)、算法、協(xié)議設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)是節(jié)能和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。休眠調(diào)度是一種典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂萍夹g(shù)，其核心思想是在滿足某種應(yīng)用性能要求的同時(shí)讓盡可能多的冗余節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)。
[0004]目標(biāo)跟蹤已經(jīng)廣泛應(yīng)用于緊急救援、智能導(dǎo)航、深空探測(cè)、軍事對(duì)抗等領(lǐng)域，它通過對(duì)目標(biāo)的主動(dòng)或者被動(dòng)探測(cè)，實(shí)時(shí)判別目標(biāo)的動(dòng)向然后作出反應(yīng)。傳感器網(wǎng)絡(luò)中的目標(biāo)跟蹤目前已經(jīng)有研究，并提出了一些平衡跟蹤性能和能耗的節(jié)點(diǎn)休眠調(diào)度方法。但是，他們通常只考慮單個(gè)目標(biāo)而且假設(shè)目標(biāo)按照某個(gè)特定軌跡穿越觀測(cè)區(qū)域。實(shí)際上在傳感器網(wǎng)絡(luò)部署的觀測(cè)區(qū)域中，一個(gè)目標(biāo)可能反復(fù)進(jìn)入，也可能多個(gè)目標(biāo)同時(shí)進(jìn)入或者先后進(jìn)入，每個(gè)目標(biāo)的移動(dòng)方向和速率可能不同，它們穿越區(qū)域所消耗的時(shí)間也不一定相等。另外，目標(biāo)在移動(dòng)過程中還可能突然改變方向和速率，面向目標(biāo)跟蹤的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)休眠調(diào)度必須考慮目標(biāo)的數(shù)量、移動(dòng)方向和速率這幾個(gè)關(guān)鍵參量的影響。
[0005]能量獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)可以從外界獲取能量(如太陽(yáng)能、風(fēng)能、射頻能)，從而突破了節(jié)點(diǎn)自帶能量限制，為進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)性能創(chuàng)造了條件。但是，外界能量存在很多不確定因素，外界能量到達(dá)的時(shí)間是隨機(jī)的，而且每次到達(dá)的能量值也是隨機(jī)的。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)不一定同時(shí)獲取能量，不同位置的節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)刻獲取的能量也存在差異。這些問題都對(duì)能量獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)、算法、協(xié)議設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有面向目標(biāo)跟蹤的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)休眠調(diào)度方法還未能考慮目標(biāo)數(shù)量、目標(biāo)的移動(dòng)方向和速率，以及節(jié)點(diǎn)從外界獲取能量的情形。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)休眠調(diào)度方法不適用于目標(biāo)的數(shù)量、移動(dòng)方向和速率改變以及節(jié)點(diǎn)從外界獲取能量的情形，提供一種面向動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤的能量獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)休眠調(diào)度方法，以優(yōu)化利用從外界獲取的能量，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期，同時(shí)滿足動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤的性能要求。
[0007]下面闡述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0008]一種面向動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤的能量獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)休眠調(diào)度方法，所述方法包括:設(shè)置所有節(jié)點(diǎn)具有相同的感知半徑；設(shè)置所有節(jié)點(diǎn)只在休眠狀態(tài)時(shí)才獲取能量；當(dāng)休眠調(diào)度開始時(shí)使觀測(cè)區(qū)域邊界的節(jié)點(diǎn)都處于工作狀態(tài)，其它節(jié)點(diǎn)則進(jìn)入休眠狀態(tài)并從外界獲取能量；當(dāng)一輪休眠調(diào)度周期內(nèi)目標(biāo)一直沒有到來(lái)時(shí)，下一輪休眠調(diào)度開始時(shí)觀測(cè)區(qū)域邊界的節(jié)點(diǎn)仍然處于工作狀態(tài)等待目標(biāo)到來(lái)；當(dāng)一輪休眠調(diào)度周期內(nèi)某個(gè)目標(biāo)進(jìn)入觀測(cè)區(qū)域時(shí)，檢測(cè)到該目標(biāo)出現(xiàn)的邊界節(jié)點(diǎn)廣播通知其它邊界節(jié)點(diǎn)以及鄰居節(jié)點(diǎn)，并且喚醒鄰居節(jié)點(diǎn)去跟蹤該目標(biāo)；未檢測(cè)到目標(biāo)出現(xiàn)的邊界節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)并從外界獲取能量；當(dāng)某個(gè)目標(biāo)靠近觀測(cè)區(qū)域時(shí)被多個(gè)邊界節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到，根據(jù)邊界節(jié)點(diǎn)的剩余能量記錄，選擇剩余能量最多的邊界節(jié)點(diǎn)喚醒鄰居節(jié)點(diǎn)去跟蹤該目標(biāo)；當(dāng)被檢測(cè)的目標(biāo)離開觀測(cè)區(qū)域后，最后檢測(cè)到該目標(biāo)的邊界節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)并且從外界獲取能量，至此一輪休眠調(diào)度結(jié)束。
[0009]所述方法還包括:檢測(cè)到某個(gè)目標(biāo)出現(xiàn)的邊界節(jié)點(diǎn)和附近被喚醒的鄰居節(jié)點(diǎn)，預(yù)測(cè)該目標(biāo)的移動(dòng)方向和速率，然后喚醒處于對(duì)該目標(biāo)感知范圍內(nèi)并且剩余能量最多的鄰居節(jié)點(diǎn)，所述鄰居節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)該目標(biāo)的移動(dòng)方向和速率；當(dāng)被檢測(cè)的目標(biāo)離開檢測(cè)該目標(biāo)的邊界節(jié)點(diǎn)或鄰居節(jié)點(diǎn)的感知范圍后，該邊界節(jié)點(diǎn)或鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)并且從外界獲取能量。當(dāng)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)入觀測(cè)區(qū)域時(shí)，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)被選中同時(shí)跟蹤多個(gè)目標(biāo)，該節(jié)點(diǎn)將喚醒剩余能量最多的鄰居節(jié)點(diǎn)協(xié)助完成目標(biāo)檢測(cè)和移動(dòng)預(yù)測(cè)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為面向動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤的能量獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)模型圖。
[0011]圖2a—圖2d為面向動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤的能量獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)休眠調(diào)度示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012](1)隨機(jī)部署在平面區(qū)域中的很多個(gè)靜止傳感器節(jié)點(diǎn)組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，多個(gè)目標(biāo)從不同方向以不同速率隨機(jī)地穿越該區(qū)域。所有節(jié)點(diǎn)都能從外界獲取能量，但只在休眠狀態(tài)時(shí)才獲取。本發(fā)明采用圓盤感知模型，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知半徑相同。目標(biāo)跟蹤的含義是存在一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)集合，當(dāng)目標(biāo)到達(dá)其中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知范圍時(shí)，該節(jié)點(diǎn)已處于工作狀態(tài)并且能夠檢測(cè)到目標(biāo)。本發(fā)明不考慮節(jié)點(diǎn)檢測(cè)目標(biāo)使用的技術(shù)，認(rèn)為所有節(jié)點(diǎn)都具備檢測(cè)到目標(biāo)的能力。休眠調(diào)度周期性地進(jìn)行，當(dāng)休眠調(diào)度開始時(shí)在觀測(cè)區(qū)域邊界的節(jié)點(diǎn)都處于工作狀態(tài)以等待目標(biāo)的到來(lái)，其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)并決定是否從外界獲取能量(受能量到達(dá)時(shí)刻和到達(dá)值、節(jié)點(diǎn)位置、已經(jīng)獲取的能量、電池容量、先前充電次數(shù)等參量影響，當(dāng)電量溢出或者可獲取能量值很小時(shí)節(jié)點(diǎn)將不從外界獲取能量，以減少充電次數(shù))。當(dāng)一輪休眠調(diào)度周期內(nèi)目標(biāo)一直沒有到來(lái)，下一輪休眠調(diào)度開始時(shí)觀測(cè)區(qū)域邊界的節(jié)點(diǎn)仍然處于工作狀態(tài)以等待目標(biāo)到來(lái)；當(dāng)一輪休眠調(diào)度周期內(nèi)某個(gè)目標(biāo)靠近區(qū)域，檢測(cè)到該目標(biāo)出現(xiàn)的邊界節(jié)點(diǎn)廣播通知其它邊界節(jié)點(diǎn)以及鄰居節(jié)點(diǎn)，并且喚醒鄰居節(jié)點(diǎn)去跟蹤該目標(biāo)。未檢測(cè)到目標(biāo)出現(xiàn)的邊界節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)并從外界獲取能量。當(dāng)某個(gè)目標(biāo)靠近區(qū)域時(shí)可能有多個(gè)邊界節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到，本發(fā)明記錄邊界節(jié)點(diǎn)的剩余能量(理論上根據(jù)節(jié)點(diǎn)的初始能量、已經(jīng)獲取的能量、電池泄漏和能耗計(jì)算，應(yīng)用時(shí)邊界節(jié)點(diǎn)交換剩余能量信息)，然后選擇剩余能量最多的邊界節(jié)點(diǎn)喚醒鄰居節(jié)點(diǎn)去跟蹤該目標(biāo)。
[0013](2)檢測(cè)到某個(gè)目標(biāo)出現(xiàn)的邊界節(jié)點(diǎn)和附近的鄰居節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)該目標(biāo)的移動(dòng)方向和速率(不考慮預(yù)測(cè)技術(shù))，然后喚醒該目標(biāo)在其感知范圍并且剩余能量最多的鄰居節(jié)點(diǎn)。當(dāng)該目標(biāo)離開感知范圍后，檢測(cè)到該目標(biāo)出現(xiàn)的邊界節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)并且從外界獲取能量。被喚醒的鄰居節(jié)點(diǎn)檢測(cè)該目標(biāo)并且預(yù)測(cè)該目標(biāo)的移動(dòng)方向和速率。當(dāng)該目標(biāo)離開感知范圍后，檢測(cè)到該目標(biāo)出現(xiàn)的鄰居節(jié)點(diǎn)也進(jìn)入休眠狀態(tài)并且從外界獲取能量。如果該目標(biāo)在一個(gè)休眠調(diào)度周期內(nèi)很快越過邊界節(jié)點(diǎn)的感知范圍，更多跳的鄰居節(jié)點(diǎn)被喚醒。如果該目標(biāo)在一個(gè)休眠調(diào)度周期內(nèi)還沒有越過邊界節(jié)點(diǎn)的感知范圍，被選中的邊界節(jié)點(diǎn)在可檢測(cè)到該目標(biāo)的鄰居節(jié)點(diǎn)剩余能量更多時(shí)就喚醒鄰居節(jié)點(diǎn)。
[0014](3)當(dāng)某個(gè)目標(biāo)離開觀測(cè)區(qū)域后，最后檢測(cè)到該目標(biāo)的邊界節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)并且從外界獲取能量。此時(shí)所有節(jié)點(diǎn)都進(jìn)入了休眠狀態(tài)。然后新一輪休眠調(diào)度開始，在觀測(cè)區(qū)域邊界的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入工作狀態(tài)以等待新的目標(biāo)到來(lái)，其它節(jié)點(diǎn)保持休眠狀態(tài)并從外界獲取能量。當(dāng)新的目標(biāo)靠近觀測(cè)區(qū)域時(shí)，可能有多個(gè)邊界節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到。我們選擇剩余能量最多的邊界節(jié)點(diǎn)喚醒鄰居節(jié)點(diǎn)，目標(biāo)跟蹤過程同上。
[0015](4)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)入時(shí)，各目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡上的邊界節(jié)點(diǎn)選擇及鄰居節(jié)點(diǎn)喚醒過程同上。多個(gè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡可能出現(xiàn)交叉。如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)被選中同時(shí)跟蹤多個(gè)目標(biāo)，它將喚醒剩余能量最多的鄰居節(jié)點(diǎn)協(xié)助完成目標(biāo)檢測(cè)和移動(dòng)預(yù)測(cè)。
[0016]下面結(jié)合附圖并利用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。在圖2所示的傳感器網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)區(qū)域中，有一輛小汽車和一個(gè)機(jī)器人分別從不同方向進(jìn)入，小汽車移動(dòng)較快而機(jī)器人移動(dòng)較慢。一開始外圍黑色圓圈所示節(jié)點(diǎn)都處于工作狀態(tài)等待目標(biāo)到來(lái)，里面白色圓圈所示節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)并從外界獲取能量(如圖2a)。當(dāng)兩個(gè)目標(biāo)靠近觀測(cè)區(qū)域時(shí)，各有兩個(gè)邊界節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到。邊界節(jié)點(diǎn)交換剩余能量信息后，剩余能量最多的邊界節(jié)點(diǎn)(圖2b中的黑色圓圈所示)處于工作狀態(tài)并且喚醒鄰居節(jié)點(diǎn)去跟蹤目標(biāo)，其它邊界節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)。因?yàn)樾∑囈苿?dòng)較快，兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)被喚醒(圖2c中的黑色圓圈所示)。檢測(cè)到目標(biāo)的邊界節(jié)點(diǎn)和被喚醒的鄰居節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)目標(biāo)的移動(dòng)方向和速率，并且喚醒下一跳目標(biāo)在其感知范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)。目標(biāo)離開邊界節(jié)點(diǎn)的感知范圍后，邊界節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)。目標(biāo)離開鄰居節(jié)點(diǎn)的感知范圍后，鄰居節(jié)點(diǎn)也進(jìn)入休眠狀態(tài)。最后檢測(cè)到目標(biāo)的邊界節(jié)點(diǎn)處于工作狀態(tài)(圖2d中的黑色圓圈所示)。目標(biāo)離開觀測(cè)區(qū)域后，最后檢測(cè)到目標(biāo)的邊界節(jié)點(diǎn)也進(jìn)入休眠狀態(tài)，一輪休眠調(diào)度結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1.一種面向動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤的能量獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)休眠調(diào)度方法，包括: 設(shè)置所有節(jié)點(diǎn)具有相同的感知半徑； 設(shè)置所有節(jié)點(diǎn)只在休眠狀態(tài)時(shí)才獲取能量； 當(dāng)休眠調(diào)度開始時(shí)使觀測(cè)區(qū)域邊界的節(jié)點(diǎn)都處于工作狀態(tài)，其它節(jié)點(diǎn)則進(jìn)入休眠狀態(tài)并從外界獲取能量； 當(dāng)一輪休眠調(diào)度周期內(nèi)目標(biāo)一直沒有到來(lái)時(shí)，下一輪休眠調(diào)度開始時(shí)觀測(cè)區(qū)域邊界的節(jié)點(diǎn)仍然處于工作狀態(tài)等待目標(biāo)到來(lái)； 當(dāng)一輪休眠調(diào)度周期內(nèi)某個(gè)目標(biāo)進(jìn)入觀測(cè)區(qū)域時(shí)，檢測(cè)到該目標(biāo)出現(xiàn)的邊界節(jié)點(diǎn)廣播通知其它邊界節(jié)點(diǎn)以及鄰居節(jié)點(diǎn)，并且喚醒鄰居節(jié)點(diǎn)去跟蹤該目標(biāo)； 未檢測(cè)到目標(biāo)出現(xiàn)的邊界節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)并從外界獲取能量； 當(dāng)某個(gè)目標(biāo)靠近觀測(cè)區(qū)域時(shí)被多個(gè)邊界節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到，根據(jù)邊界節(jié)點(diǎn)的剩余能量記錄，選擇剩余能量最多的邊界節(jié)點(diǎn)喚醒鄰居節(jié)點(diǎn)去跟蹤該目標(biāo)； 當(dāng)被檢測(cè)的目標(biāo)離開觀測(cè)區(qū)域后，最后檢測(cè)到該目標(biāo)的邊界節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)并且從外界獲取能量，至此一輪休眠調(diào)度結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括: 檢測(cè)到某個(gè)目標(biāo)出現(xiàn)的邊界節(jié)點(diǎn)和附近被喚醒的鄰居節(jié)點(diǎn)，預(yù)測(cè)該目標(biāo)的移動(dòng)方向和速率，然后喚醒處于對(duì)該目標(biāo)感知范圍內(nèi)并且剩余能量最多的鄰居節(jié)點(diǎn)，所述鄰居節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)該目標(biāo)的移動(dòng)方向和速率； 當(dāng)被檢測(cè)的目標(biāo)離開檢測(cè)該目標(biāo)的邊界節(jié)點(diǎn)或鄰居節(jié)點(diǎn)的感知范圍后，該邊界節(jié)點(diǎn)或鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)并且從外界獲取能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，所述方法還包括:當(dāng)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)入觀測(cè)區(qū)域時(shí)，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)被選中同時(shí)跟蹤多個(gè)目標(biāo)，該節(jié)點(diǎn)將喚醒剩余能量最多的鄰居節(jié)點(diǎn)協(xié)助完成目標(biāo)檢測(cè)和移動(dòng)預(yù)測(cè)。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK104270805SQ201410548023
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】陳宏濱, 譚松高, 曾倩, 李雪艷 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)