异构单向移动传感器网络的分布式覆盖控制研究

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近年来,无线移动传感器网络技术发展迅速,广泛应用于军事探查、环境监测和智能家居等各个领域。无线移动传感器网络一个重要的基础问题是覆盖控制问题,其目标是优化传感器位置,以实现期望的覆盖性能。目前关于移动传感器网络覆盖控制的研究主要集中于同构传感器网络,而对于具有不同最大运动速度并且运动方向受限的异构传感器网络研究较少。本文主要研究异构单向移动传感器网络的覆盖控制问题,通过引入一个覆盖代价函数来描述传感器网络到达曲线上任一点的最大时间。首先,考虑了异构单向移动传感器网络在圆上的覆盖控制问题。它的目标是最优化传感器在圆上的位置,使得覆盖代价函数最小。基于传感器一阶离散模型,采用低增益反馈法设计了一个分布式控制律。给出了传感器避碰的充分条件和每个小增益的上界值。通过对圆分割求出最小化覆盖代价函数的充要条件。基于李雅普诺夫函数法证明了所提出的控制律能够使得传感器收敛到最佳位置,使覆盖代价函数最小。其次,由于不均匀的路面粗糙度会影响传感器到达一点的时间,进一步考虑了非均匀环境下异构单向移动传感器网络在圆上的覆盖控制问题,其目标是优化传感器网络部署,最小化覆盖代价函数。采用低增益反馈为具有一阶离散模型的传感器设计了分布式控制律,避免传感器之间碰撞。基于李雅普诺夫理论证明了传感器网络在该控制律下能够形成最优部署,最小化覆盖代价函数。最后,由于实际环境边界并不是全凸的,考虑了异构单向移动传感器网络在一般曲线上的覆盖控制问题。用参数弧长测量传感器之间距离。它的目标是优化传感器在曲线上的位置,最小化覆盖代价函数。针对传感器一阶离散模型,提出了一种基于低增益反馈的分布式控制律,使传感器之间避碰。通过对曲线分割求出了最小化覆盖代价函数的充要条件。采用李雅普诺夫理论证明了该控制律能够驱使传感器运动到曲线上最佳位置,最小化覆盖代价函数。
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