移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)覆蓋與聚集.pdf

1、在過去的幾年里,移動傳感器網(wǎng)絡(luò)受到了學者們的廣泛關(guān)注。不同于傳統(tǒng)的多智能體網(wǎng)絡(luò),一個移動傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的移動傳感器組成。這些傳感器的資源和能力都是有限的且很容易失效。本文主要研究移動傳感器的兩個基本問題,即覆蓋和聚集。
　　 覆蓋控制大致可以被分為兩類,靜態(tài)覆蓋和動態(tài)覆蓋。靜態(tài)覆蓋的目標是最優(yōu)化傳感器的位置來提高整個傳感器網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。而在動態(tài)覆蓋中,每個傳感器不停地移動直到一個給定區(qū)域內(nèi)的所有點都被覆蓋到指定的程度。本文

2、集中研究動態(tài)覆蓋問題,主要是設(shè)計考慮移動傳感器固有特性和復(fù)雜部署環(huán)境的動態(tài)覆蓋控制策略。
　　 首先,我們考慮自適應(yīng)動態(tài)覆蓋問題,其中任務(wù)區(qū)域每個點的目標覆蓋程度取決于一個表征該區(qū)域每點重要性的密度函數(shù)。進一步地,我們假設(shè)該密度函數(shù)是事先未知的但是傳感器可以從它們的測量值中估計該密度函數(shù)?；诤献饔行Ц采w的概念,我們提出分布式覆蓋控制律和相應(yīng)的自適應(yīng)律來完成自適應(yīng)動態(tài)覆蓋任務(wù)。所提出的覆蓋算法是分布式的在于每個傳感器的行為只受到

3、它的鄰居的影響。
　　 其次,我們考慮存在障礙的環(huán)境中的二次積分動態(tài)移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)覆蓋控制問題,它的目標是將任務(wù)區(qū)域內(nèi)障礙外的所有點覆蓋到一個指定的程度。基于合作有效覆蓋的概念,我們提出一種分布式控制策略可以在完成動態(tài)覆蓋任務(wù)的同時避免傳感器引障礙發(fā)生碰撞。我們同時考慮了合作覆蓋的離散更新來增強傳感器節(jié)點間的合作。
　　 然后,我們關(guān)注感知覆蓋問題,它也可以看成是動態(tài)覆蓋的一種。我們提出了自適應(yīng)感知覆蓋問題。首先用

4、一個密度函數(shù)對任務(wù)區(qū)域進行建模并假設(shè)該密度函數(shù)足未知的。然后定義任務(wù)區(qū)域每點的目標感知覆蓋程度為這個密度函數(shù)的非遞減可微函數(shù)。我們設(shè)計了分布式自適應(yīng)控制策略來同時完成感知覆蓋任務(wù)和對密度函數(shù)的估計任務(wù)。所提出的控制律是無記憶的且可以在有限時間里實現(xiàn)任務(wù)區(qū)域的滿意感知覆蓋并將密度函數(shù)的估計誤差驅(qū)使到零。
　　 最后,我們研究存在感知丟失的移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)感知覆蓋控制問題,它的目標是周期性地覆蓋一個任務(wù)區(qū)域同時實現(xiàn)有限興趣點的完

5、全感知覆蓋。首先,我們?yōu)橐苿觽鞲衅鳂?gòu)造了一個閉環(huán)路徑。然后設(shè)計該路徑上傳感器的速度來完成持續(xù)感知覆蓋任務(wù)?；谌蝿?wù)區(qū)域中任意點實現(xiàn)完全感知覆蓋的一個充分必要條件,我們可以通過解一個混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題來得到完成持續(xù)感知覆蓋任務(wù)所需要的傳感器個數(shù)。其次,給出一組傳感器和一個有限的周期,如果一個線性不等式組有解,則持續(xù)感知覆蓋任務(wù)可以被這組傳感器完成。最后,對于不考慮感知丟失的情形,即使只部署一個移動傳感器所提出的方法也能實現(xiàn)整個任務(wù)區(qū)域

6、的完全感知覆蓋。
　　 多智能體聚集問題也受到了很多學者的關(guān)注,它的目標是將一組移動智能體驅(qū)使到同一點。在實踐中,移動傳感器通常只有有限的能量且它們之間的通信是斷斷續(xù)續(xù)的而不是連續(xù)的。因此,考慮能量受限和斷續(xù)通信的移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的聚集問題具有很熏要的實際意義。
　　 在本文的最后部分,我們先假設(shè)每個傳感器可以測得自己的能量儲備并周期性地和鄰居交換自己的能量信息,然后設(shè)計了考慮能量的聚集協(xié)議來防止傳感器的能量降低到一個給定