3330 IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATIC CONTROL, VOL. 61, NO. 11, NOVEMBER 2016
Distributed Coverage Control of Mobile Sensor
Networks Subject to Measurement Error
Jalal Habibi, Senior Member, IEEE, Hamid Mahboubi, Senior Member, IEEE, and
Amir G. Aghdam, Senior Member, IEEE
Abstract—Deployment algorithms proposed to improve coverage
in sensor networks often rely on the Voronoi diagram, which
is obtained by using the position information of the sensors. It is
usually assumed that all measurements are sufficiently accurate,
while in a practical setting, even a small measurement error
may lead to significant degradation in the coverage performance.
This paper investigates the effect of measurement error on the
performance of coverage control in mobile sensor networks. It also
presents a distributed deployment strategy, namely the Robust
Max-Area strategy, which uses information on error bounds in
order to move the sensors to appropriate locations. To this end,
two polygons are obtained for each sensor, and it is shown that the
exact Voronoi polygon (associated with accurate measurements)
lies between them. A local spatial probability function is then
derived for each sensor, which translates the available information
about the error bound into the likelihood of the points being inside
the exact Voronoi polygon. Subsequently, the deployment strategy
positions each sensor such that the total covered area increases.
The sensors’ movements are shown to be convergent under the
proposed strategy.
Index Terms—Coverage control, measurement error, mobile
agents, Wireless sensor networks.
I. INTRODUCTION
WIRELESS sensor networks have attracted much attention
in the literature recently, due to their broad range
of applications in different areas, such as weather monitoring,
traffic management, and surveillance [1]–[3]. In particular, mobile
sensor networks (MSNs) are very useful when the network
configuration needs to be continuously adapted to the most
current conditions of the environment. Typical objectives of
an MSN include coverage maximization and target monitoring
[4], [5]. In the coverage maximization problem, it is desired to
locate the sensors in the field in such a way that the coverage
holes in the network are minimized. In the target monitoring
Manuscript received August 31, 2015; revised November 30, 2015 and
December 6, 2015; accepted December 9, 2015. Date of publication January 25,
2016; date of current version October 25, 2016. This work has been supported
by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada under
Grant RGPIN-262127-12. Recommended by Associate Editor C. M. Lagoa.
J. Habibi is with the Faculty of Engineering, McGill University, Montréal,
QC H3A 0C3, Canada (e-mail: jalal.habibi@mcgill.ca).
H. Mahboubi is with the Department of Electrical and Computer Engineering,
McGill University, Montréal, QC H3A 0G4, Canada (e-mail: hamid.
mahboobi@mail.mcgill.ca).
A. G. Aghdam is with the Department of Electrical and Computer Engineering,
Concordia University, Montréal, QC H3G 1M8, Canada (e-mail: aghdam@
ece.concordia.ca).
Color versions of one or more of the figures in this paper are available online
at http://ieeexplore.ieee.org.
Digital Object Identifier 10.1109/TAC.2016.2521370
problem, on the other hand, the objective is to track a randomly
moving target by establishing a route from the target to a
destination point at all times.
One of the important issues in the design of an efficient
MSN is to properly coordinate the movement of the sensors
with limited communication between them. An effective cooperative
control scheme plays an important role in the overall
performance of the network. Any control strategy relies on the
position information of other sensors. For example, in Voronoibased
coverage strategies, each sensor needs to know the position
of its neighbors [6]. Different sensor deployment strategies
are proposed in [7], and a sensitivity analysis for Voronoi-based
algorithms is reported in [8]. The impact of communication
noise on network coverage is investigated in [9], where it is
shown that the optimal network configuration can be achieved
by balancing the tradeoff between sensing and communication.
The effect of imperfect communication links on coverage
performance is discussed in [10]. A distributed coordination
scheme is provided in [11] to address the problem of outdated
location information in the deployment of mobile sensors. The
problem of quantized information exchange among a group of
robots is studied in [12], where a rate-constrained communication
network is utilized by mobile agents. A motion coordination
scheme is subsequently proposed for the rendezvous and
deployment missions.
Probabilistic sensing models are also introduced in the literature,
where the probability of an event to be sensed by a sensor
is a value between 0 and 1. This type of uncertainty in sensing
and releva
3330 ธุรกรรมอีอีอีควบคุมอัตโนมัติฉบับ 61, NO 11 พฤศจิกายน 2016
ที่กระจายครอบคลุมของการควบคุมมือถือเซนเซอร์
เครือข่ายเรื่องการวัดความผิดพลาด
Jalal Habibi สมาชิกอาวุโส IEEE ฮามิด Mahboubi สมาชิกอาวุโส IEEE และ
อาเมียร์จี Aghdam สมาชิกอาวุโส IEEE
อัลกอริทึมบทคัดย่อการใช้งานที่นำเสนอในการปรับปรุงความคุ้มครอง
ใน เครือข่ายเซ็นเซอร์มักจะพึ่งพาแผนภาพ Voronoi ซึ่ง
จะได้รับโดยใช้ข้อมูลตำแหน่งของเซ็นเซอร์ มันเป็นเรื่องที่
มักจะสันนิษฐานว่าวัดทั้งหมดมีความถูกต้องเพียงพอ
ในขณะที่ในการตั้งค่าในทางปฏิบัติแม้วัดความผิดพลาดเล็ก ๆ
อาจนำไปสู่การย่อยสลายอย่างมีนัยสำคัญในการปฏิบัติงานคุ้มครอง.
กระดาษนี้ศึกษาผลกระทบของการวัดความผิดพลาดในการ
ปฏิบัติงานของการควบคุมการรายงานข่าวในเครือข่ายเซ็นเซอร์มือถือ . นอกจากนี้ยัง
นำเสนอกลยุทธ์การปรับการกระจายคือแข็งแรง
กลยุทธ์ของ Max-พื้นที่ซึ่งใช้ข้อมูลเกี่ยวกับขอบเขตข้อผิดพลาดใน
การสั่งซื้อที่จะย้ายเซ็นเซอร์สถานที่ที่เหมาะสม ด้วยเหตุนี้
ทั้งสองรูปหลายเหลี่ยมจะได้รับสำหรับแต่ละเซ็นเซอร์และมันก็แสดงให้เห็นว่า
ที่แน่นอน Voronoi รูปหลายเหลี่ยม (ที่เกี่ยวข้องกับวัดที่ถูกต้อง)
อยู่ระหว่างพวกเขา ฟังก์ชั่นน่าจะเป็นเชิงพื้นที่ท้องถิ่นแล้ว
มาสำหรับแต่ละเซ็นเซอร์ซึ่งแปลข้อมูลที่มี
เกี่ยวกับข้อผิดพลาดที่ถูกผูกไว้ลงไปในความน่าจะเป็นจุดที่เป็นภายใน
ที่แน่นอน Voronoi รูปหลายเหลี่ยม ต่อจากนั้นกลยุทธ์การปรับ
ตำแหน่งเซ็นเซอร์แต่ละตัวดังกล่าวที่ครอบคลุมรวมที่เพิ่มขึ้นของพื้นที่.
เคลื่อนไหวเซ็นเซอร์ 'จะแสดงให้เห็นว่าบรรจบกันภายใต้
กลยุทธ์ที่นำเสนอ.
ดัชนีข้อตกลงคุ้มครองการควบคุมการวัดความผิดพลาด, มือถือ
ตัวแทนเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สาย.
I. บทนำ
เครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สายได้ดึงดูดความสนใจมาก
ในวรรณคดีเมื่อเร็ว ๆ นี้เนื่องจากความหลากหลายของพวกเขา
ของการใช้งานในพื้นที่ที่แตกต่างกันเช่นการตรวจสอบสภาพอากาศ,
การจัดการจราจรและการเฝ้าระวัง [1] - [3] โดยเฉพาะอย่างยิ่งโทรศัพท์มือถือ
เครือข่ายเซ็นเซอร์ (MSNs) มีประโยชน์มากเมื่อเครือข่าย
การกำหนดค่าความต้องการที่จะนำไปปรับใช้อย่างต่อเนื่องมากที่สุด
สภาพปัจจุบันของสภาพแวดล้อม วัตถุประสงค์ทั่วไปของ
MSN เป็นรวมสูงสุดคุ้มครองและการตรวจสอบเป้าหมาย
[4] [5] ปัญหาความคุ้มครองสูงสุดก็เป็นที่ต้องการ
ค้นหาเซ็นเซอร์ในสนามในลักษณะที่ครอบคลุม
หลุมในเครือข่ายจะลดลง ในการตรวจสอบเป้าหมาย
ต้นฉบับที่ได้รับ 31 สิงหาคม 2015; ปรับปรุง 30 พฤศจิกายน 2015 และ
6 ธันวาคม 2015; ได้รับการยอมรับที่ 9 ธันวาคม 2015 วันที่ตีพิมพ์ 25 เดือนมกราคม,
ปี 2016; วันที่รุ่นปัจจุบันที่ 25 ตุลาคม 2016 งานนี้ได้รับการสนับสนุน
โดยวิทยาศาสตร์ธรรมชาติและวิศวกรรมคณะกรรมการวิจัยแห่งแคนาดาภายใต้
แกรนท์ RGPIN-262127-12 แนะนำโดยบรรณาธิการ CM Lagoa.
เจ Habibi อยู่กับคณะวิศวกรรมศาสตร์มหาวิทยาลัยแมคกิล, มอนทรีออ
QC H3A 0C3, แคนาดา (E-mail: jalal.habibi@mcgill.ca).
เอช Mahboubi อยู่กับกรมวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์,
มหาวิทยาลัย McGill, Montreal, QC H3A 0G4, แคนาดา (E-mail:. ฮามิด
mahboobi@mail.mcgill.ca).
เอจี Aghdam อยู่กับกรมวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์,
คอนคอร์เดีย มหาวิทยาลัย Montreal, QC H3G 1M8, แคนาดา (E-mail: aghdam @
ece.concordia.ca.)
รุ่นสีหนึ่งหรือมากกว่าของตัวเลขในกระดาษนี้มีอยู่ทั่วไป
ใน http://ieeexplore.ieee.org.
ดิจิตอล ระบุวัตถุ 10.1109 / TAC.2016.2521370
ปัญหาบนมืออื่น ๆ ที่มีวัตถุประสงค์คือการติดตามสุ่ม
เป้าหมายที่เคลื่อนที่โดยการสร้างเส้นทางจากเป้าหมายไปยัง
จุดปลายทางตลอดเวลา.
หนึ่งในประเด็นสำคัญในการออกแบบของที่มีประสิทธิภาพ
MSN เป็นที่จะต้องประสานงานการเคลื่อนไหวของเซ็นเซอร์
กับการสื่อสาร จำกัด ระหว่างพวกเขา สหกรณ์ที่มีประสิทธิภาพ
รูปแบบการควบคุมที่มีบทบาทสำคัญในภาพรวม
ผลการดำเนินงานของเครือข่าย กลยุทธ์การควบคุมใด ๆ ที่อาศัยอยู่กับ
ข้อมูลตำแหน่งของเซ็นเซอร์อื่น ๆ ยกตัวอย่างเช่นใน Voronoibased
กลยุทธ์คุ้มครองเซ็นเซอร์แต่ละตัวต้องรู้ตำแหน่ง
ของเพื่อนบ้าน [6] กลยุทธ์การปรับใช้เซ็นเซอร์ที่แตกต่างกัน
มีการเสนอใน [7] และการวิเคราะห์ความไวสำหรับ Voronoi ตาม
ขั้นตอนวิธีการรายงานใน [8] ผลกระทบของการสื่อสาร
เสียงบนเครือข่ายครอบคลุมถูกสอบสวนใน [9] ซึ่งจะมีการ
แสดงให้เห็นว่าการกำหนดค่าเครือข่ายที่ดีที่สุดที่สามารถทำได้
โดยการปรับสมดุลการถ่วงดุลอำนาจระหว่างการตรวจจับและการสื่อสาร.
ผลของการเชื่อมโยงการสื่อสารที่ไม่สมบูรณ์ในความคุ้มครอง
การปฏิบัติงานจะกล่าวถึงใน [10 ] ประสานงานการกระจาย
โครงการมีให้ใน [11] ในการแก้ไขปัญหาของล้าสมัย
ข้อมูลสถานที่ในการใช้งานของโทรศัพท์มือถือที่เซ็นเซอร์
ปัญหาของการแลกเปลี่ยนข้อมูลวอนในกลุ่มของ
หุ่นยนต์ที่มีการศึกษาใน [12] ซึ่งเป็นอัตราการสื่อสาร จำกัด
เครือข่ายถูกนำมาใช้โดยตัวแทนมือถือ จึงประสานงาน
โครงการเสนอต่อมาสำหรับการนัดพบและ
การใช้งานภารกิจ.
รุ่นที่ตรวจจับความน่าจะเป็นนอกจากนี้ยังมีการแนะนำในวรรณคดี
ที่น่าจะเป็นของเหตุการณ์ที่จะรู้สึกโดยเซ็นเซอร์
เป็นค่าระหว่าง 0 และ 1 ชนิดนี้มีความไม่แน่นอนในการตรวจจับ
และ releva
การแปล กรุณารอสักครู่..

3330 อีอีอีธุรกรรมในการควบคุมอัตโนมัติ , ปีที่ 61 ฉบับที่ 11 พฤศจิกายน 2552กระจายครอบคลุมการควบคุมโทรศัพท์มือถือของเซ็นเซอร์เครือข่ายอาจมีความคลาดเคลื่อนจากการวัดชาลัล habibi สมาชิกอาวุโส , IEEE , ฮามิด mahboubi สมาชิกอาวุโส , IEEE , และมีร์ กรัม aghdam สมาชิกอาวุโส , IEEEขั้นตอนวิธีการใช้งานนามธรรมเสนอการปรับปรุงครอบคลุมในเครือข่ายเซ็นเซอร์มักจะพึ่งพาแผนภาพโวโรนอย ซึ่งจะได้รับ โดยการใช้ข้อมูลตำแหน่งของเซนเซอร์ มันคือมักจะสันนิษฐานว่าวัดถูกต้องเพียงพอในขณะที่การตั้งค่าการปฏิบัติแม้ว่าความคลาดเคลื่อนเล็กอาจนำไปสู่ความเสื่อมในการปฏิบัติงานคุ้มครองงานวิจัยนี้ศึกษาเกี่ยวกับผลกระทบของความคลาดเคลื่อนในความสามารถในการควบคุมความครอบคลุมในเครือข่ายมือถือ มันยังนำเสนอการปรับใช้กลยุทธ์ คือ เสถียรภาพกลยุทธ์พื้นที่สูงสุด ซึ่งใช้ข้อมูลบนขอบเขตข้อผิดพลาดในเพื่อที่จะย้ายตัวไปยังสถานที่ที่เหมาะสม จบเรื่องนี้สองรูปหลายเหลี่ยมได้สำหรับเซนเซอร์แต่ละตัว และพบว่ารูปหลายเหลี่ยม Name ที่แน่นอน ( ที่เกี่ยวข้องกับการวัดที่ถูกต้อง )อยู่ระหว่างพวกเขา ฟังก์ชันความน่าจะเป็นเชิงพื้นที่ท้องถิ่นแล้วซึ่งแต่ละเซ็นเซอร์ ซึ่งแปลว่าข้อมูลพร้อมใช้งานเกี่ยวกับข้อผิดพลาดไว้เป็นโอกาสของจุดที่จะอยู่ข้างในหลายเหลี่ยม Name ที่แน่นอน โดยกลยุทธ์การใช้งานตำแหน่งเซ็นเซอร์แต่ละเช่นทั้งหมดที่ครอบคลุมพื้นที่มากขึ้นการเคลื่อนไหวเซ็นเซอร์ " จะแสดงเป็นนักเรียนสังกัดการนำเสนอกลยุทธ์ดัชนีความคุ้มครองเงื่อนไขการควบคุมความคลาดเคลื่อน , มือถือตัวแทนเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สายผมแนะนำเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สายได้ดึงดูดความสนใจมากในวรรณคดี เมื่อเร็วๆ นี้ เนื่องจากช่วงกว้างของตนการใช้งานในด้านต่างๆ เช่น ตรวจสอบสภาพอากาศการจัดการจราจร และการเฝ้าระวัง [ 1 ] - [ 3 ] โดยเฉพาะโทรศัพท์มือถือเครือข่ายเซ็นเซอร์ ( msns ) มีประโยชน์มากเมื่อเครือข่ายการตั้งค่าจะต้องมีอย่างต่อเนื่องเพื่อปรับมากที่สุดสภาพปัจจุบันของสภาพแวดล้อม วัตถุประสงค์โดยทั่วไปของมี MSN รวมถึงความคุ้มครองสูงสุดและเป้าหมายการตรวจสอบ[ 4 ] , [ 5 ] ในพื้นที่มีปัญหา มันต้องการค้นหาเซ็นเซอร์ในเขตข้อมูลในลักษณะที่ครอบคลุมหลุมในเครือข่ายจะถูกย่อให้เล็กสุด ในการติดตามเป้าหมายต้นฉบับที่ได้รับ 31 สิงหาคม 2015 ; แก้ไข 30 พฤศจิกายน 2015 และเมื่อวันที่ 6 ธันวาคม 2015 ; การยอมรับ 9 ธันวาคม 2015 วันที่ประกาศ 25 มกราคม2016 ; วันที่ของรุ่นปัจจุบันที่ 25 ตุลาคม 2016 . งานนี้ได้รับการสนับสนุนโดยวิทยาศาสตร์และการวิจัยวิศวกรรมแห่งประเทศแคนาดาภายใต้ให้ rgpin-262127-12 . แนะนำโดยผู้ช่วยบรรณาธิการ CM Lagoa .เจ habibi กับคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยแมคกิลล์มนตรี ) , อัลh3a 0c3 QC , แคนาดา ( E-mail : ชาลัล . habibi @ แคลิฟอร์เนีย แคลิฟอร์เนีย )ชั่วโมง mahboubi กับภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์มหาวิทยาลัยแมคกิลล์มนตรี ) , อัล , QC h3a 0g4 , แคนาดา ( E-mail : ฮามิดmahboobi @ เมล แมคกิลล์ แคลิฟอร์เนีย ). . aghdam กับภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์มหาวิทยาลัยคอนคอร์เดียมนตรี ) , อัล , QC h3g 1m8 , แคนาดา ( อีเมล aghdam @ :ECE คอนคอร์เดีย แคลิฟอร์เนีย )สีรุ่นหนึ่งหรือมากกว่าตัวเลขในกระดาษนี้จะพร้อมใช้งานแบบออนไลน์ที่ http://ieeexplore.ieee.org .10.1109/tac.2016.2521370 ดิจิตอลระบุวัตถุปัญหา บนมืออื่น ๆมีวัตถุประสงค์เพื่อติดตามการสุ่มเป้าเคลื่อนที่ โดยการสร้างเส้นทางจากเป้าหมายที่จะเป็นจุดปลายทางอยู่ตลอดเวลาประเด็นหนึ่งที่สำคัญในการออกแบบที่มีประสิทธิภาพMSN จะถูกประสานงานการเคลื่อนไหวของเซ็นเซอร์ด้วยการสื่อสารจำกัดระหว่างพวกเขา ที่มีประสิทธิภาพแบบโครงการควบคุมมีบทบาทสำคัญในการรวมประสิทธิภาพของเครือข่าย กลยุทธ์ที่ต้องอาศัยการควบคุมใด ๆตำแหน่งข้อมูลตรวจวัดอื่น ๆ ตัวอย่างเช่น ใน voronoibasedกลยุทธ์ที่ครอบคลุม เซนเซอร์แต่ละตัวต้องรู้ตำแหน่งของประเทศเพื่อนบ้าน [ 6 ] กลยุทธ์การใช้งานเซนเซอร์ต่าง ๆได้มีการนำเสนอใน [ 7 ] และจากการวิเคราะห์ความอ่อนไหวสำหรับ Nameขั้นตอนวิธีการรายงานข่าวใน [ 8 ] ผลกระทบของการสื่อสารเสียงบนเครือข่ายครอบคลุมการศึกษา [ 9 ] , อยู่ไหนแสดงการตั้งค่าเครือข่ายที่เหมาะสม สามารถทําได้โดยดุลข้อเสียระหว่างข้อมูลและการสื่อสารผลของความไม่สมบูรณ์ของการสื่อสารเชื่อมโยงครอบคลุมการแสดงถูกกล่าวถึงใน [ 10 ] การประสานงานเป็นโครงการที่ให้ไว้ใน [ 11 ] เพื่อแก้ปัญหาของล้าสมัยข้อมูลสถานที่ในการใช้งานของเครื่องโทรศัพท์มือถือ ที่ปัญหาของควอนไทซ์ข้อมูลแลกเปลี่ยนระหว่างกลุ่มหุ่นยนต์ ) ใน [ 12 ] ที่อัตราคงที่การสื่อสารเครือข่ายที่ใช้ผ่านตัวแทน การเคลื่อนไหวประสานงานโครงการเสนอเพื่อนัดพบ และในภายหลังภารกิจการใช้งาน .การใช้แบบจำลองยังแนะนำในวรรณคดีที่น่าจะเป็นของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นจากเซ็นเซอร์คือค่าระหว่าง 0 และ 1 ความไม่แน่นอนในการตรวจจับประเภทนี้และ releva
การแปล กรุณารอสักครู่..
