基于虛擬力的多層移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)控制策略研究的綜述報(bào)告

基于虛擬力的多層移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)控制策略研究的綜述報(bào)告隨著傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步，移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)(MobileSensorNetwork，MSN)作為一種全新的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，已經(jīng)成為現(xiàn)代信息科學(xué)領(lǐng)域中備受研究的領(lǐng)域之一。然而，移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊性質(zhì)——包括節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)程控制、較強(qiáng)的通信鏈路作和節(jié)點(diǎn)間的復(fù)雜協(xié)調(diào)——使得該領(lǐng)域的資源優(yōu)化策略、路由算法、協(xié)議機(jī)制等問(wèn)題成為了研究的熱點(diǎn)。本篇綜述報(bào)告將主要介紹一種基于虛擬力的方法，即虛擬力法(VirtualForce，VF)，用于多層移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)的控制策略，同時(shí)對(duì)已有文獻(xiàn)所做的相關(guān)工作做出闡述和歸納。一、多層移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)多層移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)是指由若干層單個(gè)或多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)組成的一層以上的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。每行節(jié)點(diǎn)在其自身所處的層級(jí)上運(yùn)動(dòng)，節(jié)點(diǎn)可以在其自身所處的層級(jí)上運(yùn)作，并可以移動(dòng)至下一層或抵達(dá)更遠(yuǎn)的層，還可以接受各種外部可控動(dòng)力的干擾。因此，多層移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)都極具普遍性和多樣性。為了使多層移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)能成功實(shí)現(xiàn)其功能，需要開(kāi)發(fā)出一種有效的控制策略。傳統(tǒng)的控制策略主要依賴于研究運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)的自身動(dòng)力理論或運(yùn)動(dòng)建模，并采用傳感器測(cè)量和數(shù)據(jù)處理技術(shù)作為實(shí)驗(yàn)工具。然而實(shí)際中，這種方法的實(shí)現(xiàn)成本十分昂貴而且效果有限，因此引入了虛擬力法（VirtualForce）進(jìn)行控制。二、虛擬力法虛擬力法，一種用于多層移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)控制的有效方法，是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上的虛擬力來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的協(xié)調(diào)和控制，其原理是通過(guò)公式模擬節(jié)點(diǎn)之間的相互作用力?；驹碓谟冢好總€(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)A之間產(chǎn)生的作用力大小與其他傳感器節(jié)點(diǎn)B與A的距離成反比，前者與后者的符號(hào)相反，即有排斥力。通過(guò)不斷的迭代計(jì)算，所有節(jié)點(diǎn)之間的力和方向?qū)⒅饾u達(dá)成平衡，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的控制。虛擬力法作為一種基于動(dòng)態(tài)平衡的隨機(jī)算法，是一種非常有效的多層移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)控制策略，可以通過(guò)以最小的代價(jià)來(lái)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間的自適應(yīng)協(xié)調(diào)。同時(shí)，虛擬力法所依賴的計(jì)算模型、算法和優(yōu)化思想也能在其他領(lǐng)域得到推廣與應(yīng)用。三、虛擬力法在多層移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)控制中的應(yīng)用虛擬力法作為一種非常有效的控制策略，已經(jīng)在多層移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如下圖所示：1.多層傳感網(wǎng)絡(luò)的反饋力控制虛擬力法的一種重要應(yīng)用是模擬多層傳感節(jié)點(diǎn)間的相互作用，并通過(guò)設(shè)計(jì)控制器對(duì)其進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)其對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸以及各自發(fā)揮所需作用。AdamNM中將系統(tǒng)的傳輸效率、各層的平衡與節(jié)點(diǎn)間的相互協(xié)調(diào)視為目標(biāo)，進(jìn)而通過(guò)反饋控制提高網(wǎng)絡(luò)整體的性能。2.多層網(wǎng)絡(luò)的路徑規(guī)劃與優(yōu)化在多層傳感網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)具有極大的隨機(jī)性和多樣性，因此傳統(tǒng)的路由算法難以適應(yīng)多層網(wǎng)絡(luò)的需要。相應(yīng)的，利用虛擬力法的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)新的路徑規(guī)劃算法顯得尤為重要。如文獻(xiàn)JiChen等人優(yōu)化算法的距離路徑，能夠提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能。四、總結(jié)隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和移動(dòng)傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，多層移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)得以廣泛應(yīng)用，安全性、可靠性、穩(wěn)定性等問(wèn)題逐漸凸顯出來(lái)。在這樣的背景下，基于虛擬力的多層移動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)控制策略的發(fā)展對(duì)于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)至關(guān)重要。本文引入了虛擬力法概念，并以其在多層傳感網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用做了綜述，說(shuō)明了虛擬力法在控制策