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系統識別號 U0002-0308201101514500
中文論文名稱 應用於群集式無線感測器網路之移動目標物動態追蹤機制
英文論文名稱 A Dynamic Tracking Mechanism for Mobile Target in Cluster-based Wireless Sensor Networks
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 資訊工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Computer Science and Information Engineering
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 王為傑
研究生英文姓名 Wei-Jie Wang
學號 698410510
學位類別 碩士
語文別 中文
第二語文別 英文
口試日期 2011-06-10
論文頁數 60頁
口試委員 指導教授-王英宏
委員-陳朝欽
委員-廖弘源
委員-陳振炎
委員-王英宏
中文關鍵字 目標物追蹤  無線感測器網路  群集 
英文關鍵字 Target Tracking  Wireless Sensor Networks (WSNs)  Cluster 
學科別分類 學科別應用科學資訊工程
中文摘要 無線感測器網路(Wireless Sensor Networks ,WSNs)大部分是由資料收集節點(sink)和許多的感測器節點(sensor nodes) 所組成的網路,其組合可以覆蓋一個廣大區域範圍稱為感測範圍,在此範圍內進行監測與無線通訊,其中感測器節點的特性是低成本、體積小且具有感測周遭事物的能力、資料處理的能力以及無線通訊的能力。感測範圍中,感測器的佈點及使用上也是極其容易的,但由於這些優點卻也使得在使用上有所限制,例如:無線感測器網路整體效能(performance)和生命周期(life time) 都因感測器本身電量的限制而有所顧慮。
在無線感測器網路應用中,對於移動目標物的追蹤議題,如何節省電量的消耗是一項極為重要的議題。又由於主要的省電方法本身是讓感測範圍內無目標物的節點進入睡眠狀態,而有目標物的節點進行感測並且搭配喚醒的機制,進而達到省電的目的。但若過多節點進入睡眠狀態,目標物很容易移動到只有睡眠狀態的節點,此時作用中的感測器節點感測不到目標物,使得目標物遺失,若重新尋找目標物會造成大成本的消耗電能,所以在省電之餘亦要顧到目標物追蹤的準確度。
本論文提出一個關於移動目標物追蹤的機制,利用群集的優點並且針對目標物遺失的可能性不同,而使用不同強度、耗電的演算法。這裡遺失的可能性是針對目標物的加速度,在不同加速度下喚醒不同的節點數。讓目標物的遺失率大幅下降,使得整體的耗電量下降、效能提升。
英文摘要 Wireless Sensor Networks (WSNs) are consisting of sink and sensor nodes. They can cover a wide range that called sensing range. The sensor node can monitor this range and communicate with other sensor node. The quality of sensor node is low-cost, small volume. And it can sense environmental things, process information and communicate wirelessly. In sensing range, the dispose and use of sensor are very easy, but because these advantages make limit to use, for example, performance of wireless sensor networks and life time limit because of limited energy of sensor itself.
In WSNs how save energy for target tracking is a important issue. The energy-saving method is to make nodes sleep that do not have targets, and nodes having targets process sensing with awaking scheme can save energy. If nodes enter sleep state too much, targets easily move in sleeping nodes. There are no targets which sensor nodes sense, resulting in losing targets. Finding these losing targets back would result in high-cost consuming energy, so it would notice accuracy of tracing targets when saving energy.
In this proposal, it offers a scheme about trace of moving target. It use cluster and use algorithm of different strength and energy-consuming according to different possibility of losing targets. The possibility of lose is aimed to different acceleration of target and wake up different number of nodes. Lowering losing rate of target can own energy-saving and performance improve.
論文目次 第一章 緒論 1
1-1研究背景 4
1-2研究動機 6
1-3研究目的 8
1-4論文架構 9
第二章 相關研究技術 10
2-1喚醒機制 11
2-2分群 14
2-3測量距離與定位 17
2-4 TTMB Protocol 19
第三章 群集式無線感測器網路之移動目標物動態追蹤機制 22
3-1網路環境設定 25
3-2初始化階段 27
3-3追蹤階段 29
3-3-1初始追蹤 29
3-3-2持續追蹤 36
3-4喚醒修正階段 38
第四章 模擬比較與分析 43
4-1模擬環境 44
4-2模擬結果的比較與分析 45
第五章 結論與未來研究方向 48
5-1結論 48
5-2未來研究方向 50
參考文獻 51
附錄-英文論文 53

圖目錄
圖 1同步喚醒示意圖 11
圖 2非同步喚醒示意圖 12
圖 3分群追蹤示意圖 14
圖 4 RNG and GG 示意圖(a)RNG (b)GG 15
圖 5三角定位 18
圖 6 AoA定位 19
圖 7 TTMB Protocol的實際追蹤方式 20
圖 8 TTMB中Monitor和Backup間的link 21
圖 9主流程圖 23
圖 10感測器的隨機佈點 25
圖 11利用relative neighborhood graph (RNG)分群示意圖 27
圖 12目標物存在於無線感測器網路當中 30
圖 13感測器節點為找尋目標物而都被喚醒 31
圖 14初始追蹤第一次感測後的結果 32
圖 15目標物移動 33
圖 16初始追蹤第二次感測後的結果 34
圖 17初始追蹤的流程圖 35
圖 18首節點利用目標物的資訊做預測 36
圖 19持續追蹤流程圖 37
圖 20目標物實際移動後的位置與預測位置的偏差量 39
圖 21依喚醒修正後的喚醒結果 40
圖 22目標物實際移動後 41
圖 23喚醒修正流程圖 42
圖 24目標物追蹤遺失率比較圖 45
圖 25平均喚醒的節點數 46

表目錄
表 1感測器的記錄表以節點S11為例 28
表 2參數設定 44

公式目錄
式( 1 ) 16
式( 2 ) 16
式( 3 ) 21
式( 4 ) 21
式( 5 ) 21
式( 6 ) 37
式( 7 ) 37
式( 8 ) 37
式( 9 ) 38
式( 10 ) 38
式( 11 ) 39
式( 12 ) 39
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論文使用權限
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