專利名稱：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)及其跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通訊和計算機(jī)領(lǐng)域，具體來說是涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動 目標(biāo)跟蹤方法和系統(tǒng)。
技術(shù)背景無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs: wireless sensor networks)被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的新興技術(shù) 之一，是目前通信和計算機(jī)領(lǐng)域的研究熱點。WSNs的各種應(yīng)用中，目標(biāo)跟蹤是WSNs的一 個重要應(yīng)用領(lǐng)域，活動目標(biāo)跟蹤在軍事和民用上都具有廣泛的應(yīng)用前景,也是技術(shù)上具有挑 戰(zhàn)性的課題。當(dāng)前的目標(biāo)跟蹤算法主要是針對不同環(huán)境下的單目標(biāo)跟蹤，如何以較低的能 量代價高效地融合有效的信息，增大測量精度和延長網(wǎng)絡(luò)生存期，成為目前研究無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤的熱點。在研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤時需要考慮能量有限，跟蹤算法 的分布式以延長網(wǎng)絡(luò)壽命，這些給傳統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤算法帶來了挑戰(zhàn)。目前實際硬件平臺驗證系統(tǒng)主要有MIT的Cricket系統(tǒng)，它使用了超聲波和無線電到達(dá) 時間差(TdoA)這禾中技術(shù)來進(jìn)行須!l距，還有由Cambridge University Computer Laboratory研 發(fā)的通過發(fā)射紅外信號來定位Active Badge系統(tǒng)以及通過發(fā)送超聲波進(jìn)行三維測距Active Bat系統(tǒng)；Hiball tracking和Whisper系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在進(jìn)行定位跟蹤一般都要求目標(biāo)也配備 傳感器節(jié)點，而在實際目標(biāo)定位跟蹤中，目標(biāo)信息大多未知，因此在實際目標(biāo)跟蹤應(yīng)用中， 這些定位跟蹤系統(tǒng)都無法滿足實際應(yīng)用需求。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目 標(biāo)跟蹤系統(tǒng)及其跟蹤方法，該方法和系統(tǒng)具有在移動目標(biāo)信息未知的情況下主動測距功能， 傳感器節(jié)點進(jìn)行協(xié)作對移動目標(biāo)的偵測、分類、跟蹤。對節(jié)點跟蹤數(shù)據(jù)的融合有效地提高 跟蹤精度。通過選擇合適的節(jié)點進(jìn)行協(xié)作能降低節(jié)點間的數(shù)據(jù)通信量，從而節(jié)省節(jié)點能量 和通信帶寬。傳感器網(wǎng)絡(luò)中任何時刻只有一個節(jié)點處于活動狀態(tài)，負(fù)責(zé)存放當(dāng)前目標(biāo)跟蹤 狀態(tài)信息，執(zhí)行跟蹤預(yù)測算法等，這個節(jié)點為任務(wù)節(jié)點。本發(fā)明中傳感器節(jié)點設(shè)備利用自己偵測到的信息和接收到的其他節(jié)點設(shè)備的偵測信息 判斷目標(biāo)可能的運動軌跡，喚醒合適的傳感器節(jié)點設(shè)備在下一時刻參與跟蹤活動。由于使 用了合適的預(yù)測機(jī)制，該發(fā)明釆用的信息驅(qū)動的協(xié)作跟蹤能夠有效地減少節(jié)點間的通信量， 從而節(jié)省節(jié)點有限的能量資源和通信資源。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，其包括匯聚節(jié)點、網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器和多個傳 感器節(jié)點設(shè)備，傳感器節(jié)點設(shè)備對進(jìn)入監(jiān)測區(qū)域內(nèi)移動目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，定位，跟蹤，并將目標(biāo)位置信息以無線的形式發(fā)射出去，監(jiān)測區(qū)域的傳感器節(jié)點設(shè)備通過基于zigbee協(xié)議的 無線射頻建立網(wǎng)絡(luò)，最后，傳感器節(jié)點設(shè)備將數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點通過網(wǎng)關(guān)和 服務(wù)器連接。所述傳感器節(jié)點設(shè)備用于監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)目標(biāo)狀態(tài)和獲取傳感器節(jié)點 設(shè)備和目標(biāo)之間的距離值；所述網(wǎng)關(guān)建立本地或者遠(yuǎn)程服務(wù)器與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的連 接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸；所述服務(wù)器讀取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點設(shè)備的原始數(shù)據(jù)、 繪制數(shù)據(jù)曲線及目標(biāo)軌跡，保存數(shù)據(jù)，并將服務(wù)器指令通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送到指定ID的傳感器節(jié) 點設(shè)備；所述匯聚節(jié)點用于解析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的無線傳輸消息。
上述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點設(shè)備包括電源模塊和 分別與電源模塊連接的超聲波測距模塊、被動紅外感應(yīng)模塊、傳感器擴(kuò)展接口模塊，微處 理器及無線通信模塊和傳感器擴(kuò)展接口模塊相連，傳感器擴(kuò)展接口模塊分別和超聲波測距 模塊和被動紅外感應(yīng)模塊相連。
上述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中，所述傳感器節(jié)點設(shè)備中，微處理 器及無線通信模塊和傳感器擴(kuò)展接口模塊通過51Pin接口相連。
上述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中，所述網(wǎng)關(guān)采用Crossbow公司的 MIB510， MIB520或MIB600網(wǎng)關(guān)設(shè)備；所述服務(wù)器包括本地服務(wù)器PC;所述匯聚節(jié)點為 微處理器及無線通信模塊，采用Crossbow公司的Micaz節(jié)點。
上述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中，超聲波測距模塊、被動紅外感應(yīng) 模塊分別和5V電源相連，傳感器擴(kuò)展接口模塊和3.3V電源相連。
本發(fā)明還提供了上述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的跟蹤方法，該方法 中任何時刻只有一個傳感器節(jié)點設(shè)備處于活動狀態(tài)，負(fù)責(zé)存放當(dāng)前目標(biāo)跟蹤位置信息，執(zhí) 行跟蹤預(yù)測算法，該傳感器節(jié)點設(shè)備為任務(wù)節(jié)點，該方法包括如下步驟
(1) 將這些傳感器節(jié)點設(shè)備均勻布置在目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中，開啟電源，節(jié)點進(jìn)行初始化 設(shè)置，然后進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待監(jiān)測區(qū)域事件喚醒；
(2) 在服務(wù)器端啟動服務(wù)器軟件，在服務(wù)器端設(shè)定傳感器節(jié)點ID、坐標(biāo)和串口連接 端口號，連接成功后服務(wù)器開始準(zhǔn)備接收無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)；
(3) 當(dāng)被動紅外傳感器檢測到有目標(biāo)進(jìn)入監(jiān)測區(qū)域后，啟動超聲波傳感器進(jìn)行測距， 運行軌跡起始算法，確定目標(biāo)初始位置，選舉距離目標(biāo)位置最近的節(jié)點作為起始的任務(wù)節(jié) 點；
(4) 任務(wù)節(jié)點進(jìn)行測距，并利用目標(biāo)和任務(wù)節(jié)點的之間的超聲波距離值，運行擴(kuò)展卡 爾曼濾波算法得到目標(biāo)位置坐標(biāo)；
(5) 采用協(xié)方差矩陣跡最小的原則選舉出下一時刻任務(wù)節(jié)點，同時將當(dāng)前任務(wù)節(jié)點信 息傳遞給下一個任務(wù)節(jié)點，將目標(biāo)位置信息通過基于Zigbee協(xié)議的無線射頻發(fā)送到匯聚節(jié)點；
(6) 匯聚節(jié)點通過網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器雙向連接，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中目標(biāo)位置信息通過串 口發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器讀取原始數(shù)據(jù)、繪制數(shù)據(jù)曲線及目標(biāo)軌跡，保存數(shù)據(jù)，并將服務(wù) 器指令通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送到指定ID的節(jié)點；
(7) 重復(fù)執(zhí)行步驟(4) ~ (6)，持續(xù)跟蹤目標(biāo)。
上述的跟蹤方法中，步驟(3)中所述軌跡起始算法包括-
對任一節(jié)點及其鄰居節(jié)點構(gòu)成的局部區(qū)域，如果感知到目標(biāo)的節(jié)點數(shù)大于設(shè)定閾值， 則認(rèn)為該節(jié)點位置附近出現(xiàn)一新目標(biāo)，采用三邊定位算法計算該局部區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的坐標(biāo)值，
作為新目標(biāo)的初始位置；
所述鄰居節(jié)點通過如下方法確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都有鄰居節(jié)點，將當(dāng)前
任務(wù)節(jié)點與非任務(wù)節(jié)點之間的距離值與設(shè)定值進(jìn)行比較，再將距離值處于設(shè)定值范圍內(nèi)的
非任務(wù)節(jié)點界定為鄰居節(jié)點；
上述的跟蹤方法中，所述步驟(4)中擴(kuò)展卡爾曼濾波算法包括下列步驟
(4.1) 由上一時刻目標(biāo)狀態(tài)估計信息和上一時刻后驗估計誤差協(xié)方差矩陣，根據(jù)移動 目標(biāo)系統(tǒng)方程得到當(dāng)前時刻目標(biāo)狀態(tài)估計信息和當(dāng)前時刻先驗估計誤差協(xié)方差矩陣；
(4.2) 由步驟(4.1)所述當(dāng)前時刻目標(biāo)狀態(tài)估計信息中的位置信息，通過測量方程估 計出任務(wù)節(jié)點的測量值，將該測量值和當(dāng)前時刻任務(wù)節(jié)點的觀測數(shù)據(jù)求差后作為觀測變量 的殘差；
(4.3) 由卡爾曼增益值、所述測量方程的雅可比矩陣和所述觀測變量的殘差，修正當(dāng) 前時刻目標(biāo)的狀態(tài)估計信息，并求得當(dāng)前時刻后驗估計誤差協(xié)方差矩陣。
上述的跟蹤方法中，所述步驟(5)中利用協(xié)方差矩陣跡最小的原則確定下一時刻任務(wù) 節(jié)點，包括下列步驟
(5.1) 由當(dāng)前時刻目標(biāo)狀態(tài)估計信息和當(dāng)前時刻后驗估計誤差協(xié)方差矩陣，根據(jù)移動 目標(biāo)系統(tǒng)方程得到下一時刻目標(biāo)的狀態(tài)估計信息和下一時刻先驗估計誤差協(xié)方差值；
(5.2) 由卡爾曼增益值和各個候選任務(wù)節(jié)點測量方程的雅可比矩陣，修正各個候選任 務(wù)節(jié)點下一時刻先驗估計誤差協(xié)方差值，并求出各個候選任務(wù)節(jié)點修正后的下一時刻先驗 估計誤差協(xié)方差矩陣跡；
所述候選任務(wù)節(jié)點通過如下方法確定根據(jù)任務(wù)節(jié)點存有的當(dāng)前時刻目標(biāo)狀態(tài)估計信 息中位置信息坐標(biāo)值與該任務(wù)節(jié)點存有的鄰居節(jié)點坐標(biāo)值計算出兩個坐標(biāo)之間的距離值， 再將該距離值與設(shè)定值進(jìn)行比較，距離處于該設(shè)定值范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點即為候選任務(wù)節(jié)點；
(5.3) 比較步驟(5.2)中各個候選任務(wù)節(jié)點修正后的下一時刻先驗估計誤差協(xié)方差矩 陣跡，選舉其中最小的誤差協(xié)方差矩陣跡對應(yīng)的節(jié)點標(biāo)記為下一任務(wù)節(jié)點。上述的跟蹤方法中，所述步驟(6)包括如下步驟
(6.1) 當(dāng)服務(wù)器接收到匯聚節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，則對無線傳輸協(xié)議包格式進(jìn)行解析，讀 取并顯示目標(biāo)坐標(biāo)值，根據(jù)目標(biāo)坐標(biāo)值，繪制移動目標(biāo)的移動軌跡，對所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行保
存，并保持為Excel格式的文檔；
(6.2) 當(dāng)服務(wù)器需要向傳感器節(jié)點設(shè)備發(fā)送命令時，將命令封裝成無線傳輸協(xié)議包格
式，通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送到匯聚節(jié)點，再由匯聚節(jié)點發(fā)送到相應(yīng)ID的傳感器節(jié)點設(shè)備；
(6.3) 當(dāng)需要進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控時，服務(wù)器將步驟(6.1 )解析的無線傳輸協(xié)議包通過TCP/IP 協(xié)議發(fā)布到Internet,供遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視。
本發(fā)明具有的有益效果是
1、 由于采用了模塊化的設(shè)計方法，使得方法具有良好的擴(kuò)展性，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對于其 它跟蹤算法的有效驗證，而且通過對底層傳感器管理模塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，該平臺在智能 交通方法，集成制造，樓宇自動化，環(huán)境監(jiān)測、工程安全、生物醫(yī)療、反恐抗災(zāi)，保健及 生命科學(xué)等領(lǐng)域也具有實際的參考價值。
2、 采用信息驅(qū)動(information-driven)協(xié)作跟蹤的思想，利用傳感器節(jié)點偵測到的信息 和接收的其他節(jié)點的偵測信息判斷目標(biāo)可能的運動軌跡，喚醒合適的傳感器節(jié)點在下一時 刻參與跟蹤活動，由于有合適的預(yù)測機(jī)制，可有效的減少節(jié)點間的通訊，從而節(jié)省節(jié)點有 限的能量資源和通訊資源。
3、 該系統(tǒng)無線通信采用Zigbee協(xié)議，兼容一個全球化的可靠的國際標(biāo)準(zhǔn)，可以通過 TI、 Freescale這樣的大型芯片供應(yīng)商，獲得穩(wěn)定的無線收發(fā)芯片和無線單片機(jī)來源，也可 以獲得免費的zigbee協(xié)議棧和相關(guān)源代碼，降低了開放門檻。能夠采用KELL和IAR這樣 的高性能軟件編譯調(diào)試環(huán)境，可以大大加快開放速度，縮短上市周期。


圖1為實施方式中基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖。 圖2為圖1中傳感器節(jié)點設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。 圖3為傳感器節(jié)點設(shè)備嵌入式程序流程圖。
圖4為基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中服務(wù)器的工作示意圖。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本 發(fā)明的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤方法進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此 處所描述的具體實施例僅僅以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
在移動目標(biāo)跟蹤過程中，隨著目標(biāo)移動，當(dāng)前任務(wù)節(jié)點負(fù)責(zé)喚醒并將現(xiàn)有的跟蹤信息 傳遞給下一個任務(wù)節(jié)點。目標(biāo)進(jìn)入傳感器區(qū)域時，離目標(biāo)最近的節(jié)點獲得目標(biāo)位置的初始估計值，并計算出下一時刻任務(wù)節(jié)點進(jìn)行跟蹤能夠保證偵測數(shù)據(jù)的精度，使自己到下一時 刻任務(wù)節(jié)點的通信代價在規(guī)定的范圍內(nèi)，則將獲得的目標(biāo)位置估算值傳給下一時刻任務(wù)節(jié) 點。下一時刻任務(wù)節(jié)點使用相同的標(biāo)準(zhǔn)選擇下一個任務(wù)節(jié)點，這個過程不斷重復(fù)直到目標(biāo) 離開傳感器網(wǎng)絡(luò)偵測區(qū)域。每一時刻節(jié)點就將目標(biāo)位置信息返回給匯聚節(jié)點。 本方法包括下列步驟
(1) 將這些傳感器節(jié)點設(shè)備均勻布置在目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中，開啟電源，節(jié)點進(jìn)行初始化 設(shè)置，然后進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待監(jiān)測區(qū)域事件喚醒；
(2) 在服務(wù)器端啟動服務(wù)器軟件，在服務(wù)器端設(shè)定傳感器節(jié)點ID、坐標(biāo)和串口連接 端口號，連接成功后服務(wù)器開始準(zhǔn)備接收無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)；
(3) 當(dāng)被動紅外傳感器檢測到有目標(biāo)進(jìn)入監(jiān)測區(qū)域后，啟動超聲波傳感器進(jìn)行測距， 運行軌跡起始算法，確定目標(biāo)初始位置，選舉距離目標(biāo)位置最近的節(jié)點作為起始的任務(wù)節(jié) 點；
(4) 任務(wù)節(jié)點進(jìn)行測距，并利用目標(biāo)和任務(wù)節(jié)點的之間的超聲波距離值，運行擴(kuò)展卡 爾曼濾波算法得到目標(biāo)位置坐標(biāo)；
(5) 采用協(xié)方差矩陣跡最小的原則選舉出下一時刻任務(wù)節(jié)點，同時將當(dāng)前任務(wù)節(jié)點信 息傳遞給下一個任務(wù)節(jié)點，將目標(biāo)位置信息通過基于Zigbee協(xié)議的無線射頻發(fā)送到匯聚節(jié) 點；
(6) 匯聚節(jié)點通過網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器雙向連接，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中目標(biāo)位置信息通過串 口發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器讀取原始數(shù)據(jù)、繪制數(shù)據(jù)曲線及目標(biāo)軌跡，保存數(shù)據(jù)，并將服務(wù) 器指令通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送到指定ID的節(jié)點；
(7) 重復(fù)執(zhí)行步驟(4) ~ (6)，持續(xù)跟蹤目標(biāo)。 步驟(3)中所述軌跡起始算法包括
對任一節(jié)點及其鄰居節(jié)點構(gòu)成的局部區(qū)域，如果感知到目標(biāo)的節(jié)點數(shù)大于設(shè)定閾值， 則認(rèn)為該節(jié)點位置附近出現(xiàn)一新目標(biāo)，采用三邊定位算法計算該局部區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的坐標(biāo)值， 作為新目標(biāo)的初始位置；
所述鄰居節(jié)點通過如下方法確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都有鄰居節(jié)點，將當(dāng)前
任務(wù)節(jié)點與非任務(wù)節(jié)點之間的距離值與設(shè)定值進(jìn)行比較，再將距離值處于設(shè)定值范圍內(nèi)的
非任務(wù)節(jié)點界定為鄰居節(jié)點；
所述步驟(4)中擴(kuò)展卡爾曼濾波算法包括下列步驟
(4.1) 由上一時刻目標(biāo)狀態(tài)估計信息和上一時刻后驗估計誤差協(xié)方差矩陣，根據(jù)移動 目標(biāo)系統(tǒng)方程得到當(dāng)前時刻目標(biāo)狀態(tài)估計信息和當(dāng)前時刻先驗估計誤差協(xié)方差矩陣；
(4.2) 由步驟(4.1)所述當(dāng)前時刻目標(biāo)狀態(tài)估計信息中的位置信息，通過測量方程估計出任務(wù)節(jié)點的測量值，將該測量值和當(dāng)前時刻任務(wù)節(jié)點的觀測數(shù)據(jù)求差后作為觀測變量 的殘差；
(4.3)由卡爾曼增益值、所述測量方程的雅可比矩陣和所述觀測變量的殘差，修正當(dāng) 前時刻目標(biāo)的狀態(tài)估計信息，并求得當(dāng)前時刻后驗估計誤差協(xié)方差矩陣。
所述步驟(5)中利用協(xié)方差矩陣跡最小的原則確定下一時刻任務(wù)節(jié)點，包括下列步驟
(5.1) 由當(dāng)前時刻目標(biāo)狀態(tài)估計信息和當(dāng)前時刻后驗估計誤差協(xié)方差矩陣，根據(jù)移動 目標(biāo)系統(tǒng)方程得到下一時刻目標(biāo)的狀態(tài)估計信息和下一時刻先驗估計誤差協(xié)方差值；
(5.2) 由卡爾曼增益值和各個候選任務(wù)節(jié)點測量方程的雅可比矩陣，修正各個候選任 務(wù)節(jié)點下一時刻先驗估計誤差協(xié)方差值，并求出各個候選任務(wù)節(jié)點修正后的下一時刻先驗 估計誤差協(xié)方差矩陣跡；
所述候選任務(wù)節(jié)點通過如下方法確定根據(jù)任務(wù)節(jié)點存有的當(dāng)前時刻目標(biāo)狀態(tài)估計信 息中位置信息坐標(biāo)值與該任務(wù)節(jié)點存有的鄰居節(jié)點坐標(biāo)值計算出兩個坐標(biāo)之間的距離值， 再將該距離值與設(shè)定值進(jìn)行比較，距離處于該設(shè)定值范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點即為候選任務(wù)節(jié)點；
(5.3) 比較步驟(5.2)中各個候選任務(wù)節(jié)點修正后的下一時刻先驗估計誤差協(xié)方差矩 陣跡，選舉其中最小的誤差協(xié)方差矩陣跡對應(yīng)的節(jié)點標(biāo)記為下一任務(wù)節(jié)點。
所述一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于所述步驟(6)包括如 下步驟
(6.1) 當(dāng)服務(wù)器接收到匯聚節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，則對無線傳輸協(xié)議包格式進(jìn)行解析，讀
取并顯示目標(biāo)坐標(biāo)值，根據(jù)目標(biāo)坐標(biāo)值，繪制移動目標(biāo)的移動軌跡，對所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行保
存，并保持為Excel格式的文檔；
(6.2) 當(dāng)服務(wù)器需要向傳感器節(jié)點設(shè)備發(fā)送命令時，將命令封裝成無線傳輸協(xié)議包格 式，通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送到匯聚節(jié)點，再由匯聚節(jié)點發(fā)送到相應(yīng)ID的傳感器節(jié)點設(shè)備；
(6.3) 當(dāng)需要進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控時，服務(wù)器將步驟(6.1 )解析的無線傳輸協(xié)議包通過TCP/IP 協(xié)議發(fā)布到Internet,供遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視。
如圖1，表示了一個該發(fā)明傳感器節(jié)點設(shè)備105協(xié)作跟蹤移動目標(biāo)106實例。圖中的 粗箭頭表示目標(biāo)穿過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)101的軌跡即移動目標(biāo)行進(jìn)路線107，圓形區(qū)域為傳 感器節(jié)點的偵測范圍，用戶通過匯聚節(jié)點102査詢目標(biāo)跟蹤信息，108表示無線數(shù)據(jù)傳輸 路線，109表示任務(wù)節(jié)點。該系統(tǒng)包括多個傳感器節(jié)點設(shè)備，匯聚節(jié)點，網(wǎng)關(guān)103，服務(wù)器 104以及節(jié)點嵌入式程序和服務(wù)器軟件，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和傳感器板連接在一起，構(gòu) 成一個監(jiān)測節(jié)點。傳感器板將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳送給節(jié)點，節(jié)點經(jīng)過處理后，將數(shù)據(jù)以無線 的形式發(fā)射出去。監(jiān)測區(qū)域的節(jié)點通過基于Zigbee協(xié)議的無線射頻建立網(wǎng)絡(luò)。最后，節(jié)點 將數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點通過網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器連接。服務(wù)器上的軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，處理，并顯示數(shù)據(jù)和保存。
如圖2，所述傳感器節(jié)點設(shè)備包括超聲波測距模塊201，被動紅外感應(yīng)模塊202，傳感 器擴(kuò)展接口模塊203，微處理器和無線通信模塊204，電源模塊205。其中，微處理器和無 線通信模塊204和傳感器擴(kuò)展接口模塊203通過51Pin接口相連，傳感器擴(kuò)展接口模塊203 分別和超聲波測距模塊201和被動紅外感應(yīng)模塊202相連,電源模塊205分別和各部分相連。
所述節(jié)點嵌入式程序均采用NesC語言編寫，包括嵌入式操作方法TinyOS，中間件層， 應(yīng)用層三部分，其中嵌入式操作方法TinyOS包含各種底層接口模塊；中間件層又包括超聲 波測距模塊，被動紅外檢測模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊；應(yīng)用層包括任務(wù)節(jié)點選擇模塊，目標(biāo)預(yù) 測跟蹤算法模塊。
基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤的過程如下完成節(jié)點制作，選擇其中一個節(jié)點 為匯聚節(jié)點，它與網(wǎng)關(guān)相連，并通過網(wǎng)關(guān)和空中編程技術(shù)下載嵌入式節(jié)點程序到傳感器節(jié) 點中，而匯聚節(jié)點中程序為XMeshBase協(xié)議程序，網(wǎng)關(guān)通過串口和服務(wù)器相連接。
如圖3，為傳感器節(jié)點設(shè)備嵌入式程序流程表，布置在目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的指定位置的傳 感器節(jié)點設(shè)備啟動，初始化后完成鄰居節(jié)點表建立，然后進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待監(jiān)測區(qū)域事 件喚醒。當(dāng)被動紅外傳感器檢測到有目標(biāo)進(jìn)入監(jiān)測區(qū)域后，啟動超聲波傳感器進(jìn)行測距， 執(zhí)行擴(kuò)展卡爾曼濾波算法，選擇下一時刻任務(wù)節(jié)點，并將目標(biāo)信息傳遞給下一時刻任務(wù)節(jié) 點，持續(xù)跟蹤目標(biāo)。目標(biāo)跟蹤初始時刻需要，運行軌跡起始算法，確定目標(biāo)初始位置，選 舉距離目標(biāo)位置最近的節(jié)點作為起始的任務(wù)節(jié)點。 所述軌跡起始算法包括
對任一節(jié)點及其鄰居節(jié)點構(gòu)成的局部區(qū)域，如果感知到目標(biāo)的節(jié)點數(shù)大于設(shè)定閾值， 則認(rèn)為該節(jié)點位置附近出現(xiàn)一新目標(biāo)，采用三邊定位算法計算該局部區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的坐標(biāo)值， 作為新目標(biāo)的初始位置，這里閾值設(shè)定為3。
所述鄰居節(jié)點通過如下方法確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都有鄰居節(jié)點，將當(dāng)前
任務(wù)節(jié)點與非任務(wù)節(jié)點之間的距離值與設(shè)定值進(jìn)行比較，再將距離值處于設(shè)定值范圍內(nèi)的
非任務(wù)節(jié)點界定為鄰居節(jié)點；
下面以一實例詳細(xì)說明本發(fā)明的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤方法假設(shè)目標(biāo)
在二維平面內(nèi)運動,選取狀態(tài)變量為<formula>formula see original document page 11</formula>表示目標(biāo)在第K采樣
周期發(fā)生在"時刻的狀態(tài)，其中x("， ^")分別為沿X和Y軸的位置坐標(biāo)，xv^)， 則為沿X和Y軸的速率值,假設(shè)目標(biāo)的運動模型:如下
<formula>formula see original document page 11</formula><formula>formula see original document page 12</formula>
A^Jw-4代表第K個采樣間隔時間，F(xiàn)(AO是轉(zhuǎn)移矩陣，由A 決定，w(^，A")是
過程噪聲，也是取決于&4。假設(shè)任務(wù)節(jié)點i在^時刻被用來獲取第K個測量值Z'("，測 量模型如下給出
Z州"仰))+ v,詢 (2) 其中(義(")=+11 A:) — x;(A:))2 + 0(6 +11 A:)-x(")2 ，是一個非線性的測量函數(shù)， "W，XW)是在第k采樣周期內(nèi)任務(wù)節(jié)點i的己知位置坐標(biāo)。+ 1 i + 11 ")為目標(biāo)
的估計位置坐標(biāo)。v'("是任務(wù)節(jié)點i的測量噪聲，w"，^)和v'")都是獨立的，且都假設(shè)
為均值0,符合高斯正態(tài)分布的白噪聲，^"^)和v'")的協(xié)方差矩陣分別為G(A"和 柳。
設(shè)人作為目標(biāo)在240cmx240cm方形區(qū)域移動，采用超聲波進(jìn)行測距，這樣目標(biāo)本身無需 裝備傳感器節(jié)點，被動紅外傳感器進(jìn)行目標(biāo)檢測，喚醒休眠節(jié)點，考慮目標(biāo)相對監(jiān)測區(qū)域 尺寸不能忽略，為了獲得目標(biāo)質(zhì)心的坐標(biāo)值，需要在測距時對得到的距離值進(jìn)行一定的補(bǔ) 償，這里取10cm。目標(biāo)起始位置為(41， 38)坐標(biāo)點。 所述擴(kuò)展卡爾曼濾波算法的詳細(xì)流程如下
目標(biāo)狀態(tài)的初始化，假定目標(biāo)在^時刻的初始狀態(tài)的估計為I ^ ，其對應(yīng)的誤 差協(xié)方差矩陣為P(""。假設(shè)傳感器j在""時刻作為任務(wù)節(jié)點進(jìn)行測距，則傳感器j在""
時刻的估計狀態(tài)+11 "可以通過下式計算得到
<formula>formula see original document page 12</formula>(3) 求狀態(tài)估計誤差協(xié)方差矩陣的一步預(yù)測<formula>formula see original document page 12</formula>q是一個標(biāo)量，決定了過程噪聲的強(qiáng)度，這里取值50。 由觀測方程可得測量的一步預(yù)測值
<formula>formula see original document page 13</formula>
殘差為傳感器節(jié)點j的超聲波測量值和傳感器節(jié)點j在""時刻的估計值4^ + 1^)之 差，由下式給出
<formula>formula see original document page 13</formula>
測量誤差協(xié)方差矩陣&" + 1)由下式給出
<formula>formula see original document page 13</formula>
其中+ 為測量函數(shù)、在^+1時刻對應(yīng)于估計狀態(tài)^(A: + 11 A:)的雅可比矩陣
<formula>formula see original document page 13</formula>
卡爾曼增益陣為
<formula>formula see original document page 13</formula>
狀態(tài)及協(xié)方差矩陣的更新
<formula>formula see original document page 13</formula>
進(jìn)一步根據(jù)當(dāng)前時刻目標(biāo)狀態(tài)估計信息中的位置估計信息，計算得到下一時刻候選任 務(wù)節(jié)點的先驗估計誤差協(xié)方差矩陣跡，具體流程如下
由于是求下一時刻候選任務(wù)節(jié)點的先驗估計誤差協(xié)方差矩陣，因此不需要測量數(shù)據(jù)，
根據(jù)不同的候選任務(wù)節(jié)點坐標(biāo)得到下一時刻估計狀態(tài)義^ + 2^ + 1)的對應(yīng)的雅可比矩陣
/f'" + 2)，執(zhí)行擴(kuò)展卡爾曼濾波算法中的(3) (4) (7) (8) (10)即可求得下一時刻候選任務(wù)節(jié)點的先驗估計誤差協(xié)方差矩陣《"+ 2 1 & + 2)而其對應(yīng)的跡為
0,(A: + 2) = 0" CT2+cr2 =[1 1 1 1]， + 2|"2)[1 1 1 if
選擇其中最小一個值對應(yīng)的節(jié)點作為下一時刻任務(wù)節(jié)點。
在實際應(yīng)用中，采用空中編程技術(shù)完成節(jié)點參數(shù)設(shè)置，修改，程序下載，對于傳感器 節(jié)點數(shù)量龐大的方法來說能夠大大節(jié)省人力，物力資源。
由于無線通信范圍有限，所述的節(jié)點產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包并非直接到達(dá)匯聚節(jié)點，而是以多 跳的方式在節(jié)點之間由遠(yuǎn)及近傳輸，最終為匯聚節(jié)點接收，路由過程采用AODV算法 AODv協(xié)議可以實現(xiàn)在移動終端間動態(tài)的、自發(fā)的路由，使移動終端很快獲得通向所需目 的的路由，同時又不用維護(hù)當(dāng)前沒有使用的路由信息，并且還能很快對斷鏈的拓?fù)渥兓?出反應(yīng)。
如圖4，所述服務(wù)器軟件均采用Labview編程實現(xiàn)，主程序包括7部分
(1) 串口交互部分，控制串口的數(shù)據(jù)讀寫過程。
(2) 數(shù)據(jù)包解析部分，根據(jù)在系統(tǒng)定義的無線通信協(xié)議格式，對讀入的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解 析，將有用數(shù)據(jù)部分顯示出來，同時將按系統(tǒng)定義的無線通信協(xié)議封裝好的Labview命令 下發(fā)到網(wǎng)關(guān)，并通過匯聚節(jié)點發(fā)送到各傳感器節(jié)點設(shè)備。
(3) 數(shù)據(jù)包顯示部分，將數(shù)據(jù)包原始數(shù)據(jù)解析后的十進(jìn)制數(shù)據(jù)顯示在界面上。
(4) 繪制運動軌跡部分，將節(jié)點按需部署在確定的位置，繪制出靜態(tài)節(jié)點分布圖，動態(tài) 高亮顯示當(dāng)前的任務(wù)節(jié)點，實時繪制跟蹤目標(biāo)的運動軌跡，并可根據(jù)需要對歷史軌跡進(jìn)行 擦除。
(5) 數(shù)據(jù)保存部分，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的保存，將數(shù)據(jù)保存成Excel格式的文檔，以供查詢。
(6) 向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)布命令部分，在命令框輸入相應(yīng)的命令，按下主界面上的"發(fā) 送"按鈕后，系統(tǒng)會將命令封裝成相應(yīng)的系統(tǒng)定義的無線通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包的格式，下發(fā) 到網(wǎng)關(guān)，再由網(wǎng)關(guān)發(fā)送到相應(yīng)的傳感器節(jié)點設(shè)備。
(7) 數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)發(fā)布和査詢部分，當(dāng)需要進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控時，系統(tǒng)把經(jīng)數(shù)據(jù)解析部分中解 析的數(shù)據(jù)通過TCP/IP發(fā)布到Internet,遠(yuǎn)程服務(wù)器通過訪問服務(wù)器的端口接收數(shù)據(jù)，根據(jù) 節(jié)點坐標(biāo)值繪制目標(biāo)的移動軌跡，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視功能。
通過以上結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例的描述，本發(fā)明的其它方面及特征對本領(lǐng)域的 技術(shù)人員而言是顯而易見的。
以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述和說明，這些實施例應(yīng)被認(rèn)為其只是示例性的， 并不用于對本發(fā)明進(jìn)行限制，本發(fā)明應(yīng)根據(jù)所附的權(quán)利要求進(jìn)行解釋。
權(quán)利要求
1、基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于包括匯聚節(jié)點、網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器和多個傳感器節(jié)點設(shè)備，所述傳感器節(jié)點設(shè)備用于監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)目標(biāo)狀態(tài)和獲取傳感器節(jié)點設(shè)備和目標(biāo)之間的距離值；所述網(wǎng)關(guān)建立本地服務(wù)器與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸；所述服務(wù)器讀取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點設(shè)備的原始數(shù)據(jù)、繪制數(shù)據(jù)曲線及目標(biāo)軌跡，保存數(shù)據(jù)，并將服務(wù)器指令通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送到指定ID的傳感器節(jié)點設(shè)備；所述匯聚節(jié)點用于解析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的無線傳輸消息，匯聚節(jié)點通過網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于傳感 器節(jié)點設(shè)備包括電源模塊和分別與電源模塊連接的超聲波測距模塊、被動紅外感應(yīng)模塊、 傳感器擴(kuò)展接口模塊，微處理器及無線通信模塊和傳感器擴(kuò)展接口模塊相連，傳感器擴(kuò)展 接口模塊分別和超聲波測距模塊和被動紅外感應(yīng)模塊相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所 述傳感器節(jié)點設(shè)備中，微處理器及無線通信模塊和傳感器擴(kuò)展接口模塊通過51Pin接口相 連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述 網(wǎng)關(guān)采用Crossbow公司的MIB510， MIB520或MIB600網(wǎng)關(guān)設(shè)備；所述服務(wù)器為本地服務(wù) 器PC;所述匯聚節(jié)點為微處理器及無線通信模塊，采用Crossbow公司的Micaz節(jié)點。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于超聲 波測距模塊、被動紅外感應(yīng)模塊分別和5V電源相連，傳感器擴(kuò)展接口模塊和3.3V電源相 連。
6、 權(quán)利要求1 5任一項所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的跟蹤方法， 該方法中任何時刻只有一個傳感器節(jié)點設(shè)備處于活動狀態(tài)，負(fù)責(zé)存放當(dāng)前目標(biāo)跟蹤位置信 息，執(zhí)行跟蹤預(yù)測算法，該傳感器節(jié)點設(shè)備為任務(wù)節(jié)點，其特征在于該方法包括如下步驟(1) 將這些傳感器節(jié)點設(shè)備均勻布置在目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中，開啟電源，節(jié)點進(jìn)行初始化 設(shè)置，然后進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待監(jiān)測區(qū)域事件喚醒；(2) 在服務(wù)器端啟動服務(wù)器軟件，在服務(wù)器端設(shè)定傳感器節(jié)點ID、坐標(biāo)和串口連接 端口號，連接成功后服務(wù)器開始準(zhǔn)備接收無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)；(3) 當(dāng)被動紅外傳感器檢測到有目標(biāo)進(jìn)入監(jiān)測區(qū)域后，啟動超聲波傳感器進(jìn)行測距， 運行軌跡起始算法，確定目標(biāo)初始位置，選舉距離目標(biāo)位置最近的節(jié)點作為起始的任務(wù)節(jié) 占."、、，(4) 任務(wù)節(jié)點進(jìn)行測距，并利用目標(biāo)和任務(wù)節(jié)點的之間的超聲波距離值，運行擴(kuò)展卡 爾曼濾波算法得到目標(biāo)位置坐標(biāo)；(5) 采用協(xié)方差矩陣跡最小的原則選舉出下一時刻任務(wù)節(jié)點，同時將當(dāng)前任務(wù)節(jié)點信 息傳遞給下一個任務(wù)節(jié)點，將目標(biāo)位置信息通過基于Zigbee協(xié)議的無線射頻發(fā)送到匯聚節(jié) 點；(6) 匯聚節(jié)點通過網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器雙向連接，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中目標(biāo)位置信息通過串 口發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器讀取原始數(shù)據(jù)、繪制數(shù)據(jù)曲線及目標(biāo)軌跡，保存數(shù)據(jù)，并將服務(wù) 器指令通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送到指定ID的節(jié)點；(7) 重復(fù)執(zhí)行步驟(4) ~ (6)，持續(xù)跟蹤目標(biāo)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的跟蹤方法，其特征在于步驟(3)中所述軌跡起始算法包括對任一節(jié)點及其鄰居節(jié)點構(gòu)成的局部區(qū)域，如果感知到目標(biāo)的節(jié)點數(shù)大于設(shè)定閾值， 則認(rèn)為該節(jié)點位置附近出現(xiàn)一新目標(biāo)，采用三邊定位算法計算該局部區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的坐標(biāo)值， 作為新目標(biāo)的初始位置；所述鄰居節(jié)點通過如下方法確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都有鄰居節(jié)點，將當(dāng)前任務(wù)節(jié)點與非任務(wù)節(jié)點之間的距離值與設(shè)定值進(jìn)行比較，再將距離值處于設(shè)定值范圍內(nèi)的非任務(wù)節(jié)點界定為鄰居節(jié)點；
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的跟蹤方法，其特征在于，所述步驟(4)中擴(kuò)展卡爾曼濾波 算法包括下列步驟(4.1) 由上一時刻目標(biāo)狀態(tài)估計信息和上一時刻后驗估計誤差協(xié)方差矩陣，根據(jù)移動 目標(biāo)系統(tǒng)方程得到當(dāng)前時刻目標(biāo)狀態(tài)估計信息和當(dāng)前時刻先驗估計誤差協(xié)方差矩陣；(4.2) 由步驟(4.1)所述當(dāng)前時刻目標(biāo)狀態(tài)估計信息中的位置信息，通過測量方程估 計出任務(wù)節(jié)點的測量值，將該測量值和當(dāng)前時刻任務(wù)節(jié)點的觀測數(shù)據(jù)求差后作為觀測變量 的殘差；(4.3) 由卡爾曼增益值、所述測量方程的雅可比矩陣和所述觀測變量的殘差，修正當(dāng) 前時刻目標(biāo)的狀態(tài)估計信息，并求得當(dāng)前時刻后驗估計誤差協(xié)方差矩陣。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的跟蹤方法，其特征在于所述步驟(5)中利用協(xié)方差矩陣跡 最小的原則確定下一時刻任務(wù)節(jié)點，包括下列步驟(5.1) 由當(dāng)前時刻目標(biāo)狀態(tài)估計信息和當(dāng)前時刻后驗估計誤差協(xié)方差矩陣，根據(jù)移動 目標(biāo)系統(tǒng)方程得到下一時刻目標(biāo)的狀態(tài)估計信息和下一時刻先驗估計誤差協(xié)方差值；(5.2) 由卡爾曼增益值和各個候選任務(wù)節(jié)點測量方程的雅可比矩陣，修正各個候選任 務(wù)節(jié)點下一時刻先驗估計誤差協(xié)方差值，并求出各個候選任務(wù)節(jié)點修正后的下一時刻先驗 估計誤差協(xié)方差矩陣跡；所述候選任務(wù)節(jié)點通過如下方法確定根據(jù)任務(wù)節(jié)點存有的當(dāng)前時刻目標(biāo)狀態(tài)估計信息中位置信息坐標(biāo)值與該任務(wù)節(jié)點存有的鄰居節(jié)點坐標(biāo)值計算出兩個坐標(biāo)之間的距離值， 再將該距離值與設(shè)定值進(jìn)行比較，距離處于該設(shè)定值范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點即為候選任務(wù)節(jié)點； (5.3)比較步驟(5.2)中各個候選任務(wù)節(jié)點修正后的下一時刻先驗估計誤差協(xié)方差矩 陣跡，選舉其中最小的誤差協(xié)方差矩陣跡對應(yīng)的節(jié)點標(biāo)記為下一任務(wù)節(jié)點。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的跟蹤方法，其特征在于所述步驟(6)包括如下步驟(6.1) 當(dāng)服務(wù)器接收到匯聚節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，則對無線傳輸協(xié)議包格式進(jìn)行解析，讀 取并顯示目標(biāo)坐標(biāo)值，根據(jù)目標(biāo)坐標(biāo)值，繪制移動目標(biāo)的移動軌跡，對所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行保 存，并保持為Excel格式的文檔；(6.2) 當(dāng)服務(wù)器需要向傳感器節(jié)點設(shè)備發(fā)送命令時，將命令封裝成無線傳輸協(xié)議包格 式，通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送到匯聚節(jié)點，再由匯聚節(jié)點發(fā)送到相應(yīng)ID的傳感器節(jié)點設(shè)備；(6.3 )當(dāng)需要進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控時，服務(wù)器將步驟(6.1)解析的無線傳輸協(xié)議包通過TCP/IP 協(xié)議發(fā)布到Internet,供遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視。
全文摘要
本發(fā)明提供了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)及其跟蹤方法。該系統(tǒng)包括匯聚節(jié)點，網(wǎng)關(guān)，服務(wù)器，多個傳感器節(jié)點設(shè)備；跟蹤方法包括將這些傳感器節(jié)點設(shè)備均勻布置在目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域中；啟動傳感器節(jié)點設(shè)備和服務(wù)器軟件，準(zhǔn)備接收無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)；當(dāng)被動紅外傳感器檢測到目標(biāo)時，啟動超聲波測距，并運行擴(kuò)展卡爾曼濾波算法得到目標(biāo)位置坐標(biāo)；采用協(xié)方差矩陣跡最小的原則選舉下一時刻任務(wù)節(jié)點；服務(wù)器通過網(wǎng)關(guān)從匯聚節(jié)點讀取原始數(shù)據(jù)、繪制數(shù)據(jù)曲線及目標(biāo)軌跡，保存數(shù)據(jù)，并將服務(wù)器指令通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送到指定ID的節(jié)點。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確的檢測和報告監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的移動目標(biāo)位置，采用有效的傳感器喚醒機(jī)制，大大的節(jié)省節(jié)點耗能。
文檔編號H04W84/18GK101534470SQ200910038558
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者危阜勝, 明 曾, 胥布工, 陳冠升, 高煥麗, 黎善斌 申請人:華南理工大學(xué)