[發明專利]一種移動無線傳感器網絡節點運動行為控制方法

有效

• 申請號: 201310752655.X
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103713640A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 宋萍;楊誠;曾星;郝創博;牟宗磊;趙海磊
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 溫子云;仇蕾安

技術領域

本發明屬于基于移動無線傳感器的運動控制技術領域，具體涉及一種移動無線傳感器網絡節點運動行為控制方法。

背景技術

移動無線傳感器網絡將移動機器人技術的機動靈活與無線傳感器網絡技術拓撲能力強、感知空間廣的優點相結合，解決了靜態傳感器網絡節點布撒和維護難，以及探測范圍單一固定的問題。移動無線傳感器網絡中的節點智能性較移動機器人簡單，其具有可移動機構，各節點間通過無線網絡進行信息交互。

智能群體運動控制方法的研究主要在多機器人領域比較多，但是其研究方法并不完全適用于移動傳感器網絡。因為移動傳感器網絡規模較大，通信帶寬有限，單個節點的智能化程度不高。通常的基于群體的智能控制方法主要有蟻群算法、粒子群算法和人工魚群算法等。其中，蟻群和粒子群算法收斂速度較慢，效率不高，其控制算法也無法囊括移動節點群的多種運動形式。而人工魚群算法雖然提出了基于行為的方法，但這是一種尋找最優解的算法，其行為主要用于尋找全局最優解或者局部最優解，并不是對群體的運動控制方法，且其尋優過程目的性不強，所以也不滿足移動無線節點群任務明確的特點。

發明內容

有鑒于此，本發明針對移動無線傳感器網絡節點運動形式多樣化、控制算法簡單的需求，結合群體運動控制目的性較強的特點，提出了一種包含三種行為的移動無線傳感器網絡節點多運動行為控制方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種移動無線傳感器網絡節點運動行為控制方法，節點群中的各節點通過無線網絡進行信息交互；所述控制方法由匯聚行為、移動跟隨行為和群體避障行為組成；

所述匯聚行為包括靜態匯聚行為和動態匯聚行為；靜態匯聚行為是領航節點指定目的地，跟隨節點各自向目的地匯聚，動態匯聚行為是領航節點在向前移動，并在自身周圍為跟隨節點分布了相應的坐標點，跟隨節點在領航節點移動的過程中，向領航節點周圍的坐標點移動；

所述移動跟隨行為指領航節點和跟隨節點編隊行進；

所述群體避障行為由三種模式組成，分別為：

脫離模式，即個別節點脫離編隊單獨避障，避障后回歸編隊；

分群模式，即編隊分解成兩群各自避障，或編隊集體左轉或右轉避障；

聚群模式，即編隊縮小節點距離，整體避障；

對三種行為進行組合，來控制節點群執行任務；當遇到障礙時，根據節點檢測到的障礙物信息，采用群體避障行為中的三種模式之一進行避障。

當采用動態匯聚行為進行控制時，領航節點在向前移動，并在其周圍為跟隨節點分布了相應的坐標點，跟隨節點在領航節點移動的過程中，向領航節點周圍的坐標點行駛；在行駛過程中，監測節點之間的距離，當超過安全距離閾值m時，調整節點的行進步長，使得節點之間的距離回到安全距離閾值m以外。

當采用跟隨行為進行控制時，跟隨節點與領航節點以某種隊形編隊前行，各節點保持在隊形中的位置，當偏離隊形中的位置時，調整節點的行進步長，使得節點回到隊形的指定位置中。

在編隊前行過程中，跟隨節點將超聲波傳感器獲得的當前時刻的探測信息發送給領航節點，領航節點根據探測信息確定避障模式；具體為：

定義節點群中各節點的坐標均值為虛擬中心，將虛擬中心與節點群的行進方向所形成的直線定義為隊伍行進線；定義與隊伍行進線左、右距離為d的平行直線為左邊界線和右邊界線，左邊界線與隊伍行進線之間的節點為左側中心節點，右邊界線與隊伍行進線之間的節點為右側中間節點，左邊界線之外的節點為左側邊界節點，右邊界線之外的節點為右側邊界節點；

如果只有中間節點檢測到障礙物，則執行分群模式：如果只有左側中心節點檢測到障礙物，則群右轉避障；如果只有右側中心節點檢測到障礙物，則群左轉避障；如果兩側中心節點均檢測到障礙物，則以隊伍行進線為界，隊伍行進線左側的節點左轉避障，隊伍行進線右側的節點右轉避障，避障后再聚攏；

如果只有邊界節點檢測到障礙物，則繼續判斷是哪一側的節點檢測到障礙物；如果只有單側的邊界節點檢測到障礙物，則執行逃離模式，即檢測到障礙物的邊界節點脫離節點群，根據避障規則表單獨執行避障行為，其他節點按預定路線行進；當單獨的避障行為結束后，所述檢測到障礙物的邊界節點追上節點群，回到節點群中的原來位置；如果兩側的邊界節點均檢測到障礙物，則執行聚群模式，即通過縮小節點群的間距穿過兩側障礙物。

優選地，中心節點和邊界節點的確定方式為：