本发明专利技术涉及一种无线传感器网络中基于虚拟节点游走的有毒气体追踪方法，包括三个阶段，（1）有毒气体边界节点粗识别阶段：节点相互协作，在一跳通信范围内广播信息包，根据信息包信息建立本地信息表，再根据本地信息表判断出候选边界节点；（2）有毒气体边界节点精识别阶段：从上阶段确定出的候选边界节点中删除那些对目标边界定位没有益处的节点，最大限度的保留有效边界节点；（3）边界节点信息上传阶段：选出几个代表性的节点，聚合所有有效边界节点信息，再统一汇报给基站。本发明专利技术实现了对有毒气体的监测和追踪，有效减少了边界信息的传输量，节省追踪的能量消耗，延长网络生命周期，具有较大的实际应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线多媒体传感器网络领域，具体的本专利技术设及一种利用无线传感器 网络来实现对有毒气体的的监测和跟踪方法。具体利用只通过监测和追踪处于目标边界上 的节点来实现对整个目标的监测和追踪。
技术介绍
近年来，随着传感制造技术和无线通信技术的发展，无线传感器网络(wireless sensor networks ,WSNs)在军事及民用领域得到了广泛的应用，连续目标（continuous object)的监测和追踪是其中最常见的应用领域之一。连续目标通常分布在一个非常大的 区域，可能会扩散，体积增大，或分割成多个连续目标，如有毒气体，移动的牛群和森林的大 火。不同于单体目标所具有固定大小，规模较小的特点，对于连续目标的监测和追踪相比于 单个目标而言要复杂的多，它设及到节点与节点之间的协调与合作，运样会产生大规模的 网内通信，从而给能量有限的传感器节点带来极大的负担。因此，如何利用能量有限的无线 传感器网络来实现对连续目标的精确监测和高效追踪是一个极具挑战性的问题。 目前针对无线传感器网络中连续目标的监测和追踪相关研究文献如下： l、Wang等人在2006年的《In Proceedings of International Conference on Mobile Computing and Networking》上发表的文章 ('Boundary recognition in sensor networks by topological methods",提出了无线传感器网络的边界上节点的分布式算 法，利用每个传感器节点的身份ID来找到边界节点，并将运些节点连接成特定的有意义的 F曰 CGo 2、Chang等人在2008年的《In Proceedings of the 5th IE趾 Consumer Communications and Networking Conf erence(CCNC 2008)》上发表的文章 "C0DA:A Continuous Object Detection and Tracking Algorithm for Wireless Ad Hoc Sensor 化tworks"，文章提出了允许每个传感器节点在感测范围内探测和跟踪移动目标的CODA策 略。在CODA中，从一开始的网络部署阶段就确定了一个固定节点数目来构成静态簇群结构。 每个静态簇群中，任何传感器节点在检测到对象时将确认信息直接发送给簇头。收到此信 息后，簇头执行一个内置的估算函数来确定该连续目标在集群范围内的边界信息。而当运 些传感器节点组成动态簇群后，动态簇群便会把连续目标的边界信息发送到指定的基站。 CODA的主要优点：连续目标的边界传感器是由静态簇群中的簇头决定的，而不是由多个传 感器经过大量的数据交换后决定的，运样能大幅减少通信开销和能量损耗。 3、Kim等研究者在2008年的《In Proceedings of IEICE Transactions on Communic曰tions》上发表的文章('DEM0C0:Energy-efficient detection 曰nd monitoring for continuous objects in wireless sensor networks''，提出了--个低耗會長的通信算 法DEMOCO。该方法通过只监视移动事件区域的对象边界附近一小部分的节点而获取位置信 息，从而最大限度地减少通信成本，尽可能地高效充分利用传感器网络的能源，延长无线传 感器网络的使用时长。但是，该算法对目标边界节点的选择值进行了粗处理，还有很多无效 节点没有被剔除出去，也即没有对边界节点进行精处理加工，从而使得代表节点的负担过 重，降低整网的生命周期。 4、化rk等研究人员在2010年的《In Proceedings Of VTC 2010-Spring,2010》上 发表白勺文章（'Large-Scale Phenomena Monitorin邑 Scheme in Wireless Sensor 化tworks"，介绍了一个新颖的方案，考虑了两层的网络结构。他们通过先建立一个稀疏的 网络结构来检测目标，在检测到目标时再转变成密集的网络结构来精确定位。同年，化ng等 在文南犬（'Ener 邑 y-eff icient predictive tracking for continuous objects in wireless sensor networks"和文南犬"A Novel Continuous Object Tracking Scheme for Energ}f-Constrained Wireless Sensor Networks"中提出 了预测对象跟踪策略，称为 PREC0。该策略基于连续目标移动的边界线可被预测的特点，提出了一个唤醒机制来激活需 要使用到的节点，让不需要被使用的节点保持睡眠状态。[000引5、对于气体定位方案的优化，也有研究者从能量管理方面入手，希望获得更具体 持续效用的方法。比如，Wang等在2011年的《In Proceedings of GreenCom 2011》上发表的 文章"D-TDMA:an approach of dynamic TDMA scheduling for target tracking in wireless sensor networks"，提出了关于睡眠调度的D-TDMA算法，其设计的是一种高效节 能的MAC协议，称为D-TDMA。他们通过优化动态传达树中节点的分配时隙，避免了节点之间 的冲突和干扰，并且控制连续活跃的节点来尽可能融合从叶节点到根节点的数据信息，从 而减少信息开销。 6、Lee等人在2012年的《20121 邸E Wireless Communications and Networking Conference: Mobile and Wireless Networks》上发表的文章 ('Selective Wakeup Discipline for Continuous Object Tracking in Grid-based Wireless Sensor 化tworks"，文章提出了一个基于虚拟网格的有毒气体检测与追踪方案，创新的提出了保护 带的概念，保护带起到了一个缓冲的作用，W保护虚拟网格内的节点最大限度的处于休眠 状态而不至于当目标出现时延误对目标的追踪，通过实现对节点合理的功能调度来达到减 少能量消耗的目的，但是缺点是虚拟网格的划分太过理想化，在实际中很难运用，并且保护 带的创建也会消耗大量的能量，可能得不偿失。 目前基于无线传感器网络的有毒气体监测和追踪方法普遍存在的问题是： 1.不考虑边界节点的精识别过程。大多数方法提出的对连续目标的边界节点识别 都只仅局限于本文中的边界节点粗识别阶段，而没有在粗识别的基础之上删去那些对实际 追踪没有益处的节点，也即缺少了本文提出的精识别阶段，从而消耗更多的上传能量； 2.不考虑网络拓扑控制。当网络中的节点是密集部署时，许多典型的问题将会被 放大，比如节点之间的通信干扰问题，W及多路径传输和路由选择问题、而本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无线传感器网络中基于虚拟节点游走的有毒气体追踪方法，其特征在于：包括以下三个阶段：(1)有毒气体边界节点粗识别阶段将无线传感器网络节点分为三种：主节点、副节点、其他节点；无线传感器网络节点根据接收到的信息包中发送节点的信息和存储在本地节点的关于邻居节点的本地信息表来辨别自己是属于哪种节点类型，如果是主节点类型，则其所属的副节点将成为候选边界节点，主节点和副节点之外的所有节点统称为其他节点；(2)有毒气体边界节点精识别阶段步骤(1)判别出的主节点在该阶段运用一种基于虚拟节点游走判别法筛选出有效节点，最大限度的去除那些对目标边界定位没有益处的节点，且这种有效节点成为最终的边界节点；(3)边界节点信息上传阶段利用一种基于时间差的代表节点选择机制选出几个代表节点，进行信息的汇聚，统一发送目标边界信息给基站。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：韩光洁，沈家伟，江金芳，刘立，王皓，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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