【算法应用】虚拟力算法VFA用于WSN覆盖，无人机网络覆盖问题

---

1.虚拟力算法VFA

虚拟势场（Virtual Potential Field）最早因解决机器人路径规划及避障问题而被提出。它假设待优化个体会根据某种关系与周围的环境或其他个体产生力的作用，而产生的虚拟的力会推动个体优化的进行。VFA通过将节点视为带有等量同性电荷的粒子，节点间会产生排斥力：
$${\vec{F}}_i=-k_i\sum _{j\ne i}\frac{1}{d_{ij}^2}\frac{{\vec{d}}_{ij}}{\Vert {\vec{d}}_{ij}\Vert }$$

其中，${\vec{F}}_i$为节点$i$受到合力，$k_i$为虚拟力系数。虚拟势场产生的排斥力使得节点可以从密集的区域快速分散开， 为保证整个网络的部署趋于稳定，节点受力运动时遵循：
$${\vec{F}}_{mo{\nu }_i}={\vec{F}}_i-\nu {\vec{V}}_i$$
其中，$\nu$为阻尼系数，它会逐渐消耗势场中的能量直至系统稳定。

Zou 等人首次提出了虚拟力算法（Virtual Force Algorithm, VFA）的概念，该算法模拟了分子间的范德华力机制，认为传感器节点之间存在类比的引力与斥力，其作用类型与大小依据节点之间的距离而定。在该研究中，节点不仅受到其他节点的排斥力，还受到来自优先覆盖区域的吸引力以及障碍物的排斥力，引力机制的引入显著提升了场景的覆盖效果。由于 VFA 具有结构简单、灵活性强等优点，已被广泛应用于传感器网络的节点部署问题。

2.WSN覆盖&无人机覆盖应用

3.参考文献

[1] Zou Y, Chakrabarty K. Sensor deployment and target localization based on virtual forces[C]//IEEE INFOCOM 2003. Twenty-second Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies (IEEE Cat. No. 03CH37428). IEEE, 2003, 2: 1293-1303.

4.代码获取

5.读者交流