第 27 卷 第 9 期
Vol. 27 No. 9
控 制 与 决 策
Control and Decision
2012 年 9 月
Sep. 2012
一种目标监测的移动传感器网络覆盖分布式优化算法
文章编号: 1001-0920 (2012) 09-1353-06
涂志亮, 王 强, 沈 毅
(哈尔滨工业大学 航天学院,哈尔滨 150001)
摘 要: 针对移动传感器网络中目标监测的节点部署问题, 为保证在无覆盖漏洞的同时减少覆盖冗余, 以六边形棋
盘结构 (HTL) 为网络的目标部署结构, 提出一种基于群集控制的分布式部署算法. 该方法只需目标的相对方向和邻
居节点的相对位置、速度信息, 可不依赖于通信. 仿真结果表明, 所提出的算法对静止和运动目标均有效, 与基于虚
拟力的算法相比所需信息更少, 部署更均匀, 对 HTL 的逼近效果更好, 覆盖更优.
关键词: 群集算法;移动传感器网络;覆盖优化;目标监测;虚拟力
中图分类号: TP13 文献标志码: A
A distributed coverage optimization algorithm for target monitoring in
mobile sensor network
TU Zhi-liang, WANG Qiang, SHEN Yi
(School of Astronautics,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001 ,China.Correspondent:TU Zhi-liang,
E-mail:hitztu@gmail.com)
Abstract:::In this paper, a flocking based distributed deployment algorithm(FBDDA) for target of interest monitoring in
mobile sensor network is proposed. To optimize the coverage, sensors are regulated to approach a hexagonal tessellation
layout in which coverage redundancy is minimized and coverage hole is avoided. The control input can be computed by only
the relative direction to the target, relative positions and velocities of 1-hop neighbors which can be obtained by the local
measurement of sensor or 1-hop communicating. Simulation results show that FBDDA is effective for both stationary and
mobile targets. Compared with a virtual force based deployment algorithm, FBDDA deploys sensors more uniformly and
regulates the network to approach HTL better, hence obtains better quality of coverage.
Key words:::flocking control;mobile sensor network;coverage optimization;target monitoring;virtual force
1 引引引 言言言
近年来, MEMS(micro electro mechanical system)
的快速发展, 使得无线传感器网络 (WSNs) 的应用越
来越广泛. WSNs 被广泛用于军事国防、环境监测、抢
险救灾、防恐反恐、工农业生产、城市管理、生物医
疗和危险区域远程控制等许多领域, 而移动传感器网
络 (MSNs) 是一类由具备移动能力节点组成的特殊无
线传感器网络, 从而具备感知、计算、通信和移动能
力
[1]
. 在一些危险场合和动态环境中, 如灾难现场紧
急救援和建筑物内危险品泄漏等, 采用传统的静态
无线传感器网络部署方法来实现将十分困难, 甚至
失效; 而 MSNs 则能够利用其机动能力实现快速、自
适应部署, 顺利解决问题, 而且 MEMS 的发展也使得
移动节点结构越来越紧凑, 造价越来越低廉, 因此
MSNs 引起了人们的广泛关注. 节点利用 MSNs 的移
动能力进行重部署, 能大大改善网络覆盖性能, 保证
任务的顺利完成, 因此如何部署移动节点是 MSNs 的
一个重要研究方向.
对于移动传感器, 初始时一般采用随机布撒或者
人工部署. 随机布撒方式容易产生覆盖漏洞和覆盖冗
余, 而人工部署则应用环境受限. 目前解决 MSNs 部
署问题的方法主要分为集中式
[2-3]
和分布式
[4-8]
两种,
其中分布式方法主要分为基于计算几何法
[4]
和基于
虚拟力法
[5-7]
两类. 由于集中式算法往往需知道网络
的全局信息 (如位置信息), 使其应用受限, 而且不适
合动态环境. 因此, 近几年的研究大多集中在分布式
算法上.
现有研究中, 监测区大多是指一给定的有界区
收稿日期: 2011-03-21;修回日期: 2011-07-28.
基金项目: 国家自然科学基金项目(61174016);国家自然科学基金创新研究群体科学基金项目(61021002).
作者简介: 涂志亮(1983− ), 男, 博士生, 从事无线传感器网络、群集控制的研究;沈毅(1965−), 男, 教授, 博士生导师,
从事控制系统故障诊断、导航制导与控制等研究.