Các mục tiêu chính đạt được của đề tài nghiên cứu này là (1) giảm năng lượng tiêu thụ bằng cách quản lý hoạt động của các nút cảm biến, (2) phát hiện, theo dõi, và ghi lại quỹ đạo của mục tiêu di động bằng cách sử dụng một nhóm tối thiểu các nút cảm biến trong khi vẫn duy trì vùng bao phủ và khả năng kết nối mạng, (3) tăng độ chính xác và giảm trễ của hoạt động theo dõi, giám sát bằng cách tiên đoán vùng hoạt động của mục tiêu và tiền kích hoạt một nhóm các nút cảm biến tương ứng cho hoạt động theo dõi, giám sát ở thời điểm khác nhau, (4) đề xuất các thuật toán ước lượng, phát hiện, nhận dạng, phân loại mục tiêu, (5) kéo dài tuổi thọ của mạng bằng cách cân bằng thời gian sống của tất cả các nút cảm biến trong mạng, và (6) thiết kế và triển khai thử nghiệm hệ thống phát hiện, theo dõi mục tiêu dựa trên các thuật toán đề xuất cho các ứng dụng trong lĩnh vực an ninh quốc phòng.

Trong giai đoạn I của đề tài nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu do Cơ quan chủ trì đề tài Qũy phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài Trần Quang Vinh, phân tích vấn đề phát hiện và theo dõi nhiều mục tiêu trong mạng cảm biến không dây, sau đó mô hình hóa vấn đề này bằng các mô hình toán học, áp dụng các thuật toán ước lượng như bộ lọc Kalman mở rộng (EKF) và Particle Filters (PF) để ước tính trạng thái của các mục tiêu di động và quỹ đạo của chúng. Giai đoạn II của đề tài tập trung vào việc thiết kế các thuật toán phân tán, tập trung cục bộ có tính đến vấn đề hiệu quả năng lượng tiêu thụ như thuật toán phân nhóm động dựa vào sự xuất hiện của mục tiêu, thuật toán bảo đảm vùng bao phủ tối đa bằng tối thiểu nút cảm biến, thuật toán phối hợp xử lý tín hiệu, thuật toán phối hợp theo dõi thời gian thực, v.v... Giai đoạn III, chúng tôi thiết kế một chương trình mô phỏng để kiểm tra, đánh giá hiệu quả của các thuật toán đề xuất, sau đó thiết kế và triển khai thử nghiệm hệ thống phát hiện, theo dõi mục tiêu dựa trên các thuật toán đề xuất cho các ứng dụng trong lĩnh vực an ninh quốc phòng.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

Các ứng dụng theo dõi mục tiêu trong các mạng cảm biến không dây cần phải đạt được độ chính xác cao, thời gian đáp ứng nhanh đối với các mục tiêu di động và hiệu quả trong việc sử dụng năng lượng. Kết quả của nghiên cứu này đề xuất một phương pháp mới cho các hệ thống theo dõi mục tiêu di động trong thời gian thực sử dụng mạng cảm biến không dây bằng cách kết hợp các kỹ thuật phân nhóm động, kỹ thuật ước lượng vị trí mục tiêu, dự báo vùng hoạt động, và sự phối hợp hoạt động giữa các nút cảm biến.

Các thuật toán đề xuất trong nghiên cứu này được thực hiện theo cơ chế phân tán, đây là một thành tựu mới và quan trọng giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ của các nút cảm biến và giảm thiểu thông tin trao đổi trong mạng. Ngoài ra, các thuật toán thực hiện theo cơ chế phân tán còn tăng khả năng thích ứng với lỗi ở các nút cảm biến, và do đó làm tăng độ tin cậy của hệ thống theo dõi mục tiêu.

Kết quả phân tích và mô phỏng cho thấy cách tiếp cận của đề tài đạt được hiệu quả về sử dụng năng lượng, giảm thời gian trễ, chịu được lỗi ở các nút cảm biến. Cụ thể (1) theo dõi đa mục tiêu với vận tốc và vị trí khác nhau, (2) nhận dạng, phân loại các mục tiêu khác nhau, (3) thu được quỹ đạo chuyển động của các mục tiêu, và (4) tối ưu năng lượng tiêu thụ của mạng cảm biến.

Kết quả của đề tài nghiên cứu này có thể được sử dụng trong lĩnh vực quân sự, an ninh quốc phòng (như các hệ thống theo dõi, giám sát chiến trường, phát hiện thâm nhập vùng quân sự, phân biệt bạn, thù, phát hiện và giám sát người, phương tiện của đối phương, phát hiện thâm nhập bất hợp pháp tại các cửa khẩu biên giới), ứng dụng cho hệ thống giao thông thông minh như hệ thống kiểm soát phương tiện tự trị, định vị vị trí hành khách và thủy thủ đoàn, cảnh báo sự cố, trợ giúp tìm kiếm, cứu hộ trong các tai nạn đường thủy.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 13752/2016) tại Cục Thông tin KHCNQG.

N.T.T (NASATI)