浅析无线传感器网络中的协作信号与信息处理

摘 要 在经济与社会快速发展的今天，我国的科学技术实现了较为长足的进步，无线传感器网络时代的到来就是这一进步的最好体现。对于集成了微电机系统、传感测量、嵌入式计算机等科学成果的无线传感器网络来说，其本身在我国多种领域实现了较为广泛的應用，而为了更为深入的了解无线无线传感器网络，本文就无线传感器网络中的协作信号与信息处理展开了具体研究，希望这一研究能够使更多的人对无线传感器网络产生兴趣。

【关键词】无线传感器网络 协作信号 信息处理

对于当下的无线传感器网络发展来说，其本身已经在我国医学卫生、环境监测、交通管理、反恐抗灾、制造业等多种领域实现较为广泛应用，而这一应用也使得无线传感器网络发展受到了各领域较高重视，而对于无线传感器网络来说，如何依靠协作信号与信息处理方法及时实现新目标的捕捉跟踪与动态分配网络资源，则是无线传感器网络近年来的研究重点。

1 无线传感器网络概述

为了较好完成本文就无线传感器网络展开的相关研究，我们首先需要深入了解无线传感器网络，而无线传感器网络的网络特点与信息处理存在的问题就是我们必须了解的内容。

1.1 网络特点

对于无线传感器网络来说，其本身具备着远甚于传统监控网络的优势，这种优势也是无线传感器网络能够在我国当下跟踪识别、目标定位、事件监测等领域实现较为广泛应用的原因所在，而在笔者的实际调查研究中发现，无线传感器网络具备的网络覆盖面广、目标信息性价比高、多模式多用户并发访问操作、扩展与可靠度高等都是其具备的具体特点。具体来说，在网络覆盖面广这一特点中，这一特点主要源于无线传感器网络的较小体积传感节点，这种体积优势使得无线传感器网络能够通过节点之间的互联采用多种方式完成部署；而在目标信息性价比高这一特点中，这一特点同样源于无线传感器网络的传感节点，其节点特征使得无线传感器网络较为适用于精密细微目标的探索；而在多模式多用户并发访问操作这一特点中，这一特点主要是由于无线传感器网络的传感节点能够在不影响的前提下进行不同用户查询请求的处理；而在扩展与可靠度较高特点中，无线传感器网络的部分节点失效不会导致目标信息丢失，使用的计算发展能够实现系统可拓展性增加是这一特点出现的主要原因，这些特点都使得无线传感器网络能够在我国当下实现较为广泛的发展。

1.2 信息处理存在的问题

除了了解无线传感器网络的网络特点外，我们还有必要了解无线传感器网络在信息处理中面临的问题，结合相关文献资料与自身实际工作经验，笔者将这一问题概括为部署环境和节点成本的限制、网络受到的部署参数限制、网络数据高度冗余、节点交互异步等四个方面。在部署环境和节点成本限制这一无线传感器信息处理存在的问题中，这一问题主要是由于无线传感器网络的节点很难实现二次补充，这就使得成本、使用年限等问题切实影响着无线传感器网络发展；而对于网络受到部署参数限制这一问题来说，这一问题源于无线传感器网络自身单个节点感知范围有限，这在一定程度上也影响着无线传感器网络的更好应用；而在网络数据高度冗余这一无线传感器网络存在的问题中，这一问题主要是由于无线传感器网络往往会出现多个节点同时进行观测的情况，这一情况也使得如何在尽可能降低网络数据冗余的前提下实现数据传输质量的保证成为了业界的一大难题；而在节点交互异步这一问题中，无线传感器网络的时序等不到保证，这也使得无线传感器网络的设计必须考虑适合信息处理的融算方法。

2 无线传感器网络的目标跟踪

2.1 跟踪方案

对于无线传感器网络的目标跟踪来说，我们首先需要明晰其跟踪方案，这一跟踪方案可以概括为发现目标、查询处理、协作处理、通信、报告等内容，这其中的发现目标主要内容为相关传感器节点发现目标并启动追踪；而在查询处理环节中，相关查询请求向特点区域传递是其主要内容；而在通信环节中，其主要负责节点相关数据的依次传播，这一传播直至相关数据离开检测区域才算结束；而在报告环节中，这一环节主要负责数据的跟踪与查询报告。

结合上述跟踪方案的主要内容我们不难发现，这一内容可以细分为协作处理、数据相关、人机交互、软件服务等问题。这里的协作处理主要指的是相关目标数据的探测、定位、跟踪等操作；而在数据相关的问题中，网络中的数据命名、路由等问题是其主要内容；而对于数据库相关问题来说，数据的提取与查询优化是其重点所在；而对于人机交互环节的内容来说，数据的可视化与浏览等是其核心所在。

2.2 目标跟踪中观测数据的存储

除了跟踪方案外，目标跟踪中观测数据的存储也是无线传感器网络的目标跟踪重要内容。笔者在上文中提到了跟踪方案，而跟踪方案存在的目的就是为了从观测数据中恢复目标状态，而在这一过程中观测数据的存储则是其中关键。对于我国当下的无线传感器网络来说，其本身存在着三种常见的存储方式，即固定传感器节点集中存储、一连串传感器节点的连续存储、一组传感器节点的同时存储。对于固定传感器节点集中存储来说，这一存储方式能够通过指定一个固定传感器节点实现测量值的收集，而这一收集的测量值主要源于其他相关传感器节点，这是一种较为简单但较为容易出现节点堵塞问题的观测数据存储方式，这也使得该观测数据存储方式的效率较低且不具备扩展性；而对于一连串传感器节点的连续存储来说，这一观测数据存储方式主要通过“领导节点”的变化内完成具体的数据存储，由于“领导节点”能够在传感器节点中实现传递变换，这就使得无线传感器网络的使用寿命能够大大提升。当然，一连串传感器节点的连续存储也可能出现“领导节点”失效等问题，这在一定程度上影响了这一观测数据存储方式的更广泛影响；而对于一组传感器节点同时存储的观测数据存储方式来说，这一存储方式能够实现通信本地化，但如何从局部本地信息保持传感器信息的一致性是业界在当下面对的难题。

3 典型的目标跟踪的协作信息与信号处理方法

结合上文内容我们了解了无线传感器网络的跟踪方案与观测数据存储方法，而为了解决上文中提到的诸多问题，笔者将在下文中对单目标追踪、基于信息的協作信息与信号处理方法进行详细论述。

3.1 单目标追踪

在无线传感器网络的单目标追踪中，其本身存在着卡尔曼滤波法、连续贝叶斯滤波法等多种目标追踪方法，但这类追踪法本身存在的假设传感噪声测量独立问题却使得这一追踪所缺的结果并不完全符合实际，这一问题之所以出现主要源于传感器节点数据的联合与跟踪信息环节，而导致相关信息数据的丢失则是其能够引发的最为严重后果。

3.2 基于信息的协作信息与信号处理方法

在无线传感器网络中，对信息内容、资源消耗限制、网络潜伏性、相关成本的考虑本身属于基于信息协作信息与信号处理方法的核心思想，而在这一系列核心思想的作用下，这一处理方法能够通过自身感知行为的最优化实现通信和资源处理工作的较好完成。

3.3 组合跟踪方法

对于无线传感器网络来说，想要保证其能够更好的为我国各领域提供服务，我们就可以将关注的重点集中传感器网络直接感知属性和关系方面，这样不仅能够保证无线传感器网络功能的更好发挥，也将实现这一网络的运行成本降低雨算法简化，这种方法被称为组合跟踪方法。

据笔者调查得知，在我国当下的无线传感器网络领域，计算目标数量法与边缘跟踪法是最为常见的两种组合跟踪方法，这里的计算目标数量法能够较好实现某区域内目标活动强度的监控，而由于这一方法能够在计算前首先确定一个初始值，这就使得其本身的相关信息测量能够随着时间等因素的变化而实时更新；而对于边缘跟踪法来说，这一方法能够在大规模反恐作战等领域实现较好的应用，相关无线传感器的寿命也能够因其实现大大提升。

4 结论

在本文就无线传感器网络协作信号与信息处理展开的研究中，笔者详细论述了无线传感器网络概念、无线传感器网络的目标跟踪、典型的目标跟踪的协作信息与信号处理方法，希望这一内容能够为相关从业人员带来一定启发。

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作者简介

吴睿（1981-），女，四川省乐山市人。硕士学位，现为成都工业学院讲师。研究方向为信号与信息处理，电子测量等。

作者单位

成都工业学院 四川省成都市 611730