淺析無線傳感器網絡中的協作信號與信息處理

摘 要 在經濟與社會快速發展的今天，我國的科學技術實現了較為長足的進步，無線傳感器網絡時代的到來就是這一進步的最好體現。對于集成了微電機系統、傳感測量、嵌入式計算機等科學成果的無線傳感器網絡來說，其本身在我國多種領域實現了較為廣泛的應用，而為了更為深入的了解無線無線傳感器網絡，本文就無線傳感器網絡中的協作信號與信息處理展開了具體研究，希望這一研究能夠使更多的人對無線傳感器網絡產生興趣。

【關鍵詞】無線傳感器網絡 協作信號 信息處理

對于當下的無線傳感器網絡發展來說，其本身已經在我國醫學衛生、環境監測、交通管理、反恐抗災、制造業等多種領域實現較為廣泛應用，而這一應用也使得無線傳感器網絡發展受到了各領域較高重視，而對于無線傳感器網絡來說，如何依靠協作信號與信息處理方法及時實現新目標的捕捉跟蹤與動態分配網絡資源，則是無線傳感器網絡近年來的研究重點。

1 無線傳感器網絡概述

為了較好完成本文就無線傳感器網絡展開的相關研究，我們首先需要深入了解無線傳感器網絡，而無線傳感器網絡的網絡特點與信息處理存在的問題就是我們必須了解的內容。

1.1 網絡特點

對于無線傳感器網絡來說，其本身具備著遠甚于傳統監控網絡的優勢，這種優勢也是無線傳感器網絡能夠在我國當下跟蹤識別、目標定位、事件監測等領域實現較為廣泛應用的原因所在，而在筆者的實際調查研究中發現，無線傳感器網絡具備的網絡覆蓋面廣、目標信息性價比高、多模式多用戶并發訪問操作、擴展與可靠度高等都是其具備的具體特點。具體來說，在網絡覆蓋面廣這一特點中，這一特點主要源于無線傳感器網絡的較小體積傳感節點，這種體積優勢使得無線傳感器網絡能夠通過節點之間的互聯采用多種方式完成部署；而在目標信息性價比高這一特點中，這一特點同樣源于無線傳感器網絡的傳感節點，其節點特征使得無線傳感器網絡較為適用于精密細微目標的探索；而在多模式多用戶并發訪問操作這一特點中，這一特點主要是由于無線傳感器網絡的傳感節點能夠在不影響的前提下進行不同用戶查詢請求的處理；而在擴展與可靠度較高特點中，無線傳感器網絡的部分節點失效不會導致目標信息丟失，使用的計算發展能夠實現系統可拓展性增加是這一特點出現的主要原因，這些特點都使得無線傳感器網絡能夠在我國當下實現較為廣泛的發展。

1.2 信息處理存在的問題

除了了解無線傳感器網絡的網絡特點外，我們還有必要了解無線傳感器網絡在信息處理中面臨的問題，結合相關文獻資料與自身實際工作經驗，筆者將這一問題概括為部署環境和節點成本的限制、網絡受到的部署參數限制、網絡數據高度冗余、節點交互異步等四個方面。在部署環境和節點成本限制這一無線傳感器信息處理存在的問題中，這一問題主要是由于無線傳感器網絡的節點很難實現二次補充，這就使得成本、使用年限等問題切實影響著無線傳感器網絡發展；而對于網絡受到部署參數限制這一問題來說，這一問題源于無線傳感器網絡自身單個節點感知范圍有限，這在一定程度上也影響著無線傳感器網絡的更好應用；而在網絡數據高度冗余這一無線傳感器網絡存在的問題中，這一問題主要是由于無線傳感器網絡往往會出現多個節點同時進行觀測的情況，這一情況也使得如何在盡可能降低網絡數據冗余的前提下實現數據傳輸質量的保證成為了業界的一大難題；而在節點交互異步這一問題中，無線傳感器網絡的時序等不到保證，這也使得無線傳感器網絡的設計必須考慮適合信息處理的融算方法。

2 無線傳感器網絡的目標跟蹤

2.1 跟蹤方案

對于無線傳感器網絡的目標跟蹤來說，我們首先需要明晰其跟蹤方案，這一跟蹤方案可以概括為發現目標、查詢處理、協作處理、通信、報告等內容，這其中的發現目標主要內容為相關傳感器節點發現目標并啟動追蹤；而在查詢處理環節中，相關查詢請求向特點區域傳遞是其主要內容；而在通信環節中，其主要負責節點相關數據的依次傳播，這一傳播直至相關數據離開檢測區域才算結束；而在報告環節中，這一環節主要負責數據的跟蹤與查詢報告。

結合上述跟蹤方案的主要內容我們不難發現，這一內容可以細分為協作處理、數據相關、人機交互、軟件服務等問題。這里的協作處理主要指的是相關目標數據的探測、定位、跟蹤等操作；而在數據相關的問題中，網絡中的數據命名、路由等問題是其主要內容；而對于數據庫相關問題來說，數據的提取與查詢優化是其重點所在；而對于人機交互環節的內容來說，數據的可視化與瀏覽等是其核心所在。

2.2 目標跟蹤中觀測數據的存儲

除了跟蹤方案外，目標跟蹤中觀測數據的存儲也是無線傳感器網絡的目標跟蹤重要內容。筆者在上文中提到了跟蹤方案，而跟蹤方案存在的目的就是為了從觀測數據中恢復目標狀態，而在這一過程中觀測數據的存儲則是其中關鍵。對于我國當下的無線傳感器網絡來說，其本身存在著三種常見的存儲方式，即固定傳感器節點集中存儲、一連串傳感器節點的連續存儲、一組傳感器節點的同時存儲。對于固定傳感器節點集中存儲來說，這一存儲方式能夠通過指定一個固定傳感器節點實現測量值的收集，而這一收集的測量值主要源于其他相關傳感器節點，這是一種較為簡單但較為容易出現節點堵塞問題的觀測數據存儲方式，這也使得該觀測數據存儲方式的效率較低且不具備擴展性；而對于一連串傳感器節點的連續存儲來說，這一觀測數據存儲方式主要通過“領導節點”的變化內完成具體的數據存儲，由于“領導節點”能夠在傳感器節點中實現傳遞變換，這就使得無線傳感器網絡的使用壽命能夠大大提升。當然，一連串傳感器節點的連續存儲也可能出現“領導節點”失效等問題，這在一定程度上影響了這一觀測數據存儲方式的更廣泛影響；而對于一組傳感器節點同時存儲的觀測數據存儲方式來說，這一存儲方式能夠實現通信本地化，但如何從局部本地信息保持傳感器信息的一致性是業界在當下面對的難題。

3 典型的目標跟蹤的協作信息與信號處理方法

結合上文內容我們了解了無線傳感器網絡的跟蹤方案與觀測數據存儲方法，而為了解決上文中提到的諸多問題，筆者將在下文中對單目標追蹤、基于信息的協作信息與信號處理方法進行詳細論述。

3.1 單目標追蹤

在無線傳感器網絡的單目標追蹤中，其本身存在著卡爾曼濾波法、連續貝葉斯濾波法等多種目標追蹤方法，但這類追蹤法本身存在的假設傳感噪聲測量獨立問題卻使得這一追蹤所缺的結果并不完全符合實際，這一問題之所以出現主要源于傳感器節點數據的聯合與跟蹤信息環節，而導致相關信息數據的丟失則是其能夠引發的最為嚴重后果。

3.2 基于信息的協作信息與信號處理方法

在無線傳感器網絡中，對信息內容、資源消耗限制、網絡潛伏性、相關成本的考慮本身屬于基于信息協作信息與信號處理方法的核心思想，而在這一系列核心思想的作用下，這一處理方法能夠通過自身感知行為的最優化實現通信和資源處理工作的較好完成。

3.3 組合跟蹤方法

對于無線傳感器網絡來說，想要保證其能夠更好的為我國各領域提供服務，我們就可以將關注的重點集中傳感器網絡直接感知屬性和關系方面，這樣不僅能夠保證無線傳感器網絡功能的更好發揮，也將實現這一網絡的運行成本降低雨算法簡化，這種方法被稱為組合跟蹤方法。

據筆者調查得知，在我國當下的無線傳感器網絡領域，計算目標數量法與邊緣跟蹤法是最為常見的兩種組合跟蹤方法，這里的計算目標數量法能夠較好實現某區域內目標活動強度的監控，而由于這一方法能夠在計算前首先確定一個初始值，這就使得其本身的相關信息測量能夠隨著時間等因素的變化而實時更新；而對于邊緣跟蹤法來說，這一方法能夠在大規模反恐作戰等領域實現較好的應用，相關無線傳感器的壽命也能夠因其實現大大提升。

4 結論

在本文就無線傳感器網絡協作信號與信息處理展開的研究中，筆者詳細論述了無線傳感器網絡概念、無線傳感器網絡的目標跟蹤、典型的目標跟蹤的協作信息與信號處理方法，希望這一內容能夠為相關從業人員帶來一定啟發。

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作者簡介

吳睿（1981-），女，四川省樂山市人。碩士學位，現為成都工業學院講師。研究方向為信號與信息處理，電子測量等。

作者單位

成都工業學院 四川省成都市 611730