基于粒子均衡的移动传感器网络覆盖控制研究.pdf

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1、第３７卷第５期仪器仪表学报Ｖｏｌ３７Ｎｏ５２０１６年５月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＭａｙ．２０１６基于粒子均衡的移动传感器网络覆盖控制研究１，２１２１张洪德，石为人，杨磊，王楷（１．重庆大学自动化学院重庆４０００４４；２．重庆通信学院重庆４０００３５）摘要：现代仪器正在向着网络化和智能化方向发展，传感器网络则是具体体现之一，各个传感器测量的数据可以通过网络以单跳或多跳方式传送到控制节点，从而实现网络化的智能测量。传感器网络中各节点能否覆盖全区域，直接决定了测量结果是否为全样本覆盖集。本文在经典的虚拟力算法思想

2、基础上，研究了基于粒子均衡的移动传感器网络覆盖控制性能，具体针对同构节点、异构节点、非规则区域等各种应用场合进行了分析和算法改进，利用仿真实验的方法验证了其性能。仿真实验证明，该算法对于同构节点和非规则区域均可以取得较好的覆盖效果和网络生命周期；对于异构网络则需要进行适当调整，将邻居区域的概念由同构节点网络中的两倍于感知范围扩展为最大的联合感知范围，使得节点在其邻居节点范围内能够维护最低限度的通信链路，就可以使其远离邻居节点，从达到预期的网络性能。同时研究了在实际应用中算法的鲁棒性，主要针对在部分节点丧失通信能力以及节点丧失移动能力时算法的性能，实验表明仍能表

3、现出较好的网络覆盖度。关键词：移动传感器网络；粒子均衡；感知范围；通信范围中图分类号：ＴＰ３９３．０ＴＨ８９文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：５１０．９９Ｓｔｕｄｙｏｎｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｂａｓｅｄｃｏｖｅｒａｇｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｍｏｂｉｌｅｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ１，２１２１ＺｈａｎｇＨｏｎｇｄｅ，ＳｈｉＷｅｉｒｅｎ，ＹａｎｇＬｅｉ，ＷａｎｇＫａｉ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＩｎｓ

4、ｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｄｅｒｎｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｏｗａｒｄｓｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇａｎｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｉｚａｔｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｓｅｎｓｏｒｍｅａｓｕｒｅｄｄａｔａｃａｎｂｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｔｏｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｎｏｄｅｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｉｎａｓｉｎｇｌｅｈｏｐｏｒｍｕｌｔｉｐｌｅｈｏｐｓｔｏａｃｈｉｅｖｅｎｅｔｗｏｒｋｅｄｉｎｔｅｌｌ

5、ｉｇｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｎｏｄｅｓｉｎｔｈｅｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｃａｎｃｏｖｅｒｔｈｅｗｈｏｌｅｒｅｇｉｏｎｄｉｒｅｃｔｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｉｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｃｏｖｅｒｔｈｅｗｈｏｌｅｓａｍｐｌｅｓｅｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｌａｓｓｉｃｖｉｒｔｕａｌｆｏｒｃｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅｃｏｖｅｒａｇｅｃｏｎｔｒｏｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｂａｓｅｄｍｏｂｉｌｅｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｃａｐａｂｉｌｉｔ

6、ｉｅｓｆｏｒａｖａｒｉｅｔｙｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｓｕｃｈａｓｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｎｏｄｅｓ，ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓｎｏｄｅｓａｎｄｉｒｒｅｇｕｌａｒｒｅｇｉｏｎｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ；ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｆｏｒｔｈｅｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｎｏｄｅｓａｎｄｉｒｒｅｇｕｌａｒｒｅｇｉｏｎｓｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈ

7、ｍｃａｎａｃｈｉｅｖｅｂｅｔｔｅｒｃｏｖｅｒａｇｅｅｆｆｅｃｔａｎｄｎｅｔｗｏｒｋｌｉｆｅｃｙｃｌｅ；ｆｏｒｔｈｅｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓｎｅｔｗｏｒｋｓａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓａｒｅｎｅｅｄｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇｒｅｇｉｏｎｉｓｅｘｐａｎｄｅｄｆｒｏｍｔｈｅｒａｎｇｅｔｗｏｔｉｍｅｓｏｆｔｈｅｓｅｎｓｉｎｇｒａｎｇｅｉｎｔｈｅｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｎｅｔｗｏｒｋｔｏｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｊｏｉｎｔｓｅｎｓｉｎｇｒａｎｇｅ，ｓｏｔｈａｔｔｈｅｎｏｄｅｃａｎｍａｉｎｔａｉｎｍｉｎｉｍａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏ

8、ｎｌｉｎｋｗｉｔｈｉｎｔｈｅｓｃｏｐｅ