一种无线多媒体传感器网络的路径覆盖监控方法

摘要

本发明提供一种无线多媒体传感器网络的路径覆盖监控方法，在一些关键路径上部署少量的多媒体传感器节点，利用传感器网络多节点间协作，当感兴趣的目标出现时，能够及时发现目标，唤醒运动目标预测轨迹附近的休眠节点加入到跟踪过程，在兼顾网络能耗的同时，实施对移动目标的全力监测。利用视频传感器网络中节点方向的可调性，减少节点部署传感器节点个数的同时，能够增强监控效果，节约能量。

主权项

1.一种无线多媒体传感器网络的路径覆盖监控方法，其特征在于该方法包括：1）覆盖区域的分析和简化：对于该区域中目标经常出现的路径进行统计，根据统计知识得包含目标活动的所有路径的最小平行曲线区域，包含所有可能出现的路径，并利用测量工具得到两条平行曲线的长度Len和距离Wid；根据应用场景，目标移动总是大致沿着特定的轨道运动，偏离的距离较少，因此Len远大于Wid；因此，进一步对该区域进行简化，将其简化成一条长度为Len的线段，称其为“关键路径”；2)节点的部署：在需要观察的关键路径上部署摄像头节点，对于摄像头节点，其已知参数包括视角α，感知半径Rad，将多媒体传感器节点部署到距离关键路径Dis处，由于多媒体节点转动角度的可调性，根据几何关系，可以得到覆盖关键路径长度为Len的多媒体节点的最少个数Num为：$\mathrm{Num}=\frac{\mathrm{Len}}{2\sqrt{{\mathrm{Rad}}^2-{\mathrm{Dis}}^2}},$ Dis<Rad  （1）如公式（1）所示，Num只是能够完全覆盖此关键路径的最少多媒体节点个数，只是作为一个参考个数，节点个数要略微大于Num，取1.1*Num,如果不是整数，取小于1.1*Num的最大整数；另外其约束条件能够确保多媒体传感器节点能够感知到所要观察的关键路径，节点的部署不是随机的，而是垂直于关键节点，可以部署在距离关键路径的Dis处；传感器节点结构相同，对其进行编号以便能让网关节点进行识别，编号从左向右依次为1,2，.....,1.1*Num；如果不是整数，取小于1.1*Num的最大整数；并且保证相邻的节点能够进行通信，定义在关键路径两端的传感器节点为边界节点，用于发现目标，其余传感器节点用于监控路径，传感器节点通过WiFi能将数据传输到服务平台上，用户通过Internet与服务器相连，控制终端，查看数据；3）探知并跟踪目标：31.跟踪目标移动当目标进入监测区域的边界时，活跃着的边界传感器感知到目标，向网关节点发送数据，网关节点将目标数加1，同时多媒体传感器网络中的1号边界传感器继续监测，传感器接收网关信息后结束休眠状态，开始监控其所感知的区域，为了确保监测的清晰度和准确率，传感器节点视角的中心线与目标相交，目标当前速度由上一个Δt时间点目标位置Cb、当前时间点目标位置Cc以及传感器感知角度的变化θ共同确定，根据传感器上装置的雷达等测距装备计算出目标距离传感器节点的距离，距离分别为OCb和OCc，因此可以计算出Δt内目标移动平均速度Vel：$\mathrm{Vel}=\frac{\sqrt{{\mathrm{OCb}}^2+{\mathrm{OCc}}^2-2*\mathrm{OCb}*\mathrm{OCc}*\cos \theta }}{\mathrm{\Delta t}}---\left(2\right)$方向与方向相同；计算出当前位置Cc之后，节点会预判下一个Δt时间内目标移动到的位置Ca，由于惯性的存在，目标移动在Cc点仍会沿着原来的方向和速度大小继续移动，因此，节点可以根据当前位置的速度方向大小移动，进而确定传感器节点的转动角度β:$\beta =\arcsin \frac{\mathrm{Vel}*\sin (\theta +\arccos \frac{{\mathrm{Vel}}^2+{\mathrm{OCb}}^2-{\mathrm{OCc}}^2}{2*\mathrm{Vel}*\mathrm{OCb}})}{\sqrt{2*{\mathrm{Vel}}^2-{\mathrm{OCb}}^2+2*{\mathrm{OCc}}^2}}---\left(3\right)$转动角度的方向与原来运动方向相同，至此，传感器节点在根据当前位置预判下一个时间点目标会出现的位置，并及时调整，方便准确；32.修正误差由以上步骤1得出的传感器节点转换角度，仅仅只是根据惯性的预估，由于实际中，目标运动的不确定性的突然加速或突然停止情况，传感器需要及时作出改变，Ca是下个时间点传感器节点预估目标的位置，传感器在此位置得到数据之后重新进行判定，如果目标位置在预定的位置，那么重复步骤1进行下一步的预估和转动；如果不在预估的位置，由于数据采集相隔时间很短，能够保证目标仍存在监测范围内，需要进行适度的调整，使目标在传感器视角的中轴上并记录此时调整转动的角度γ；符号γ的判断：与原来转动方向相同为正，相反为负，重新计算θ：θ=β+γ，并重新计算距离，转回步骤1；4）节点间的相互调度通信：由于目标活动的广泛性，目标移动必然会超出一个传感器节点的感知范围，而到达另一个节点的感知范围内，出于节省能量的需要，当前仅有监测到目标的传感器节点和边界监测目标的节点处于活动状态，因此，当目标离开某一个传感器节点感知范围时必然要唤醒另一个监测到目标的传感器节点，当目标移动到临界点A时，A仍处于传感器节点O的感知范围内，传感器节点唤醒其邻居节点使邻居节点处于监视状态，准备监测目标的出现，当目标传感器节点感知边界点B时，由于目标移动的不确定性，该节点还会监听一段时间，取5Δt，以确保目标离开此传感器节点的感知范围，如果节点重新捕获到目标，将重新监测目标，离开之后，重新计时，如此反复，知道目标在5Δt内没有出现在感知范围内，该传感器节点进入休眠状态，直到被再次唤醒位置；5）目标离开覆盖区域：当目标离开区域时，为了便于统计，边界节点Num+1号传感器节点会将目标的个数减1，更新该多媒体传感器网络；6）覆盖监控方法循环运行当再次有目标通过该监测区域时，重复步骤3）—步骤5）。