[论文解读] Deployment of mobile routers ensuring coverage and connectivity

Emi Mathews, Ciby Mathew|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2012

Mobile Ad Hoc Networks参考文献 22被引用 4

一句话总结

本文提出两种局部化、分布式的算法——代理辅助的路由器部署与自扩散机制——用于部署移动路由器，构建自组织移动路由器网络（AMRoNet），以确保自主代理的全面覆盖与连通性。通过采用贪心部署策略与三角形拓扑结构形成，算法在最小化路由器数量的同时最大化网络鲁棒性，在实验评估中优于现有局部化方法。

ABSTRACT

Maintaining connectivity among a group of autonomous agents exploring an area is very important, as it promotes cooperation between the agents and also helps message exchanges which are very critical for their mission. Creating an underlying Ad-hoc Mobile Router Network (AMRoNet) using simple robotic routers is an approach that facilitates communication between the agents without restricting their movements. We address the following question in our paper: How to create an AMRoNet with local information and with minimum number of routers? We propose two new localized and distributed algorithms 1) agent-assisted router deployment and 2) a self-spreading for creating AMRoNet. The algorithms use a greedy deployment strategy for deploying routers effectively into the area maximizing coverage and a triangular deployment strategy to connect different connected component of routers from different base stations. Empirical analysis shows that the proposed algorithms are the two best localized approaches to create AMRoNets.

研究动机与目标

• 使动态环境中的自主代理在探索过程中保持连通性。
• 解决仅使用局部信息与最少基础设施部署移动路由器的挑战。
• 最小化实现移动自组织网络中全面覆盖与端到端连通性所需的路由器数量。
• 设计一种可高效扩展的分布式、局部化解决方案，适用于去中心化的机器人系统。

提出的方法

• 采用贪心部署策略，仅利用局部信息将路由器部署在能最大化覆盖范围的位置。
• 使用三角形部署策略，连接来自不同基站的路由器网络中的断开组件。
• 在路由器部署中引入代理协助，使移动代理根据局部感知与通信范围指导路由器部署。
• 应用自扩散机制，使路由器能通过形成三角形簇群自主扩展网络。
• 通过局部决策避免全局协调，确保可扩展性与容错能力。
• 结合覆盖最大化与通过几何拓扑结构形成的连通性维护。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何仅使用局部信息部署移动路由器，以确保全面区域覆盖与网络连通性？
• RQ2 在去中心化的移动网络中，实现完全覆盖与连通性所需的最少路由器数量是多少？
• RQ3 如何利用局部化策略有效连接断开的路由器簇群？
• RQ4 与现有方法相比，贪心部署策略结合几何聚类是否能提升网络性能？
• RQ5 在动态机器人环境中，局部化路由器部署算法的可扩展性与鲁棒性如何？

主要发现

• 所提出的代理辅助路由器部署算法在使用更少路由器的情况下，实现了更高的覆盖范围与连通性，优于以往的局部化方法。
• 自扩散算法能有效从基站扩展网络，同时通过三角形簇群形成保持连通性。
• 实验结果表明，两种算法在覆盖范围与连通性指标上均优于现有局部化方法。
• 贪心部署策略显著减少了覆盖目标区域所需的路由器数量。
• 三角形部署策略成功连接了分离的路由器组件，确保了网络中的端到端通信。
• 这些算法具有良好的可扩展性与鲁棒性，仅依赖局部信息，无需全局协调或集中控制。