可移动传感器扫描覆盖问题中的数据收集路径规划

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在数据收集、感知覆盖以及设备控制系统等等应用场景里,扫描覆盖(Sweep Coverage)都扮演了一个极其重要的角色。这篇论文将试图解决以下扫描覆盖问题:用多个可移动传感器周期性地覆盖监控区域的n个目标点。本文针对不同的场景,提出了两个整数近似比的近似算法,CoCycle和AugPrim,用来最小化每一个可移动传感器分配到的路径长度的最大值。CoCycle算法解决了协同扫描覆盖。在协同扫描覆盖中,多个可移动传感器可以协同起来共同监控目标点。该算法利用最小生成树构造过程中的连通分量来作为划分依据来对目标点进行划分,在每个连通分量中构造出环,最后再进行传感器的划分。CoCycle算法的近似比为4。AugPrim算法的近似比为6。它在前一个场景中加入了多个汇点,并且要求每一个可移动传感器必须在每一轮运行中将收集到的数据传递给任意一个汇点。AugPrim算法利用了最小生成树的Prim算法,在保障了连通到汇点的基础上,再进行接下来的覆盖求解。据调研,AugPrim算法是对于此问题的第一个常数近似比算法。本文还证明了最小化传感器数量和最小化覆盖周期这两个优化目标之间的关系,前面最小化覆盖周期的近似算法能够自然转化成最小化传感器数量的算法。所以对于最小化传感器数量的协同扫描覆盖和带汇点的协同扫描覆盖问题,也存在一个4近似比的近似算法和6近似比的近似算法。最后,文章提供了模拟实验并和以往文献中的算法进行比较,同时也证明了本文算法的性能。
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