無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋連通性研究

摘要：針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域由于通信障礙和其他一些因素產(chǎn)生的某些節(jié)點(diǎn)無法與網(wǎng)絡(luò)通信的情況，給出了一種使用節(jié)點(diǎn)代理解決監(jiān)測區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)通信不可達(dá)的方案，并基于一般意義的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型提出了一種探測覆蓋區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)連通性的算法，即基于深度探測的節(jié)點(diǎn)覆蓋連通性判定算法DBDAFNCJ。節(jié)點(diǎn)連通性分析和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，節(jié)點(diǎn)代理方案可以很好改善節(jié)點(diǎn)部署區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)通信不可達(dá)的情況，同時(shí)表明DBDAFNCJ算法可以高效、準(zhǔn)確地獲悉部署區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)連通性的情況。

1引言

集成傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)、無線通信技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN,wirelesssensornetworks）是當(dāng)前信息技術(shù)的前沿之一，也是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注。目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸成為一種廉價(jià)、方便的信息采集方法，尤其是在敵對和惡劣的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境下，傳統(tǒng)的方法代價(jià)高昂而幾乎無法使用。如文獻(xiàn)[1~3]中的戰(zhàn)場生存性應(yīng)用、一些安全相關(guān)的應(yīng)用以及災(zāi)難管理等應(yīng)用，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)都顯示了巨大的應(yīng)用價(jià)值。在上述應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)往往是隨機(jī)地部署在監(jiān)測區(qū)域，一直工作到能量耗盡為止。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署之后，傳感器節(jié)點(diǎn)采集現(xiàn)實(shí)生活中諸如熱、光或者某個(gè)監(jiān)測對象的相關(guān)物理信息，對于傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)，都通過自身的傳感電路感知監(jiān)測對象的相關(guān)信息，獲取原始數(shù)據(jù)，然后通過一類稱為基站的特殊節(jié)點(diǎn)經(jīng)過相應(yīng)處理并傳送到外界的控制中心。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，基站的能量和處理能力都較普通節(jié)點(diǎn)強(qiáng)，基站在網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)基本部署在其他傳感器節(jié)點(diǎn)的附近，其功能是在傳感數(shù)據(jù)傳送到外界控制中心之前對其進(jìn)行相應(yīng)的處理，如通過數(shù)據(jù)匯聚和融合，基站過濾掉原始傳感數(shù)據(jù)中一些錯(cuò)誤和無效的數(shù)據(jù)，并消除冗余數(shù)據(jù)，同時(shí)，基站也會(huì)定期對傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總處理。在文獻(xiàn)[4]的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，經(jīng)過基站融合后的傳感數(shù)據(jù)可以有效地用來追蹤和識別監(jiān)測目標(biāo)；在一些災(zāi)難急救的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，融合后的傳感數(shù)據(jù)可以有效地預(yù)測幸存者的健康狀況以及遇難者的準(zhǔn)確位置信息等。

傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署之后，如何保證網(wǎng)絡(luò)的連通性一直是研究界非常關(guān)注的問題，國內(nèi)外研究界提出了一些相關(guān)的算法和協(xié)議，比較有代表性的有：文獻(xiàn)[5]集中討論了傳感器感知模型非圓時(shí)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和連通性之間的關(guān)系；文獻(xiàn)[6,7]針對網(wǎng)絡(luò)的使用壽命問題，研究了如何在部署的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中選擇足夠的節(jié)點(diǎn)以構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的覆蓋連通集；文獻(xiàn)[8]討論了在對部署節(jié)點(diǎn)位置信息未知的情況下，如何能有效地保證網(wǎng)絡(luò)連通性覆蓋的問題；在文獻(xiàn)[9]中，詳細(xì)研究了不同情況下的傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋連通性的分析方法；文獻(xiàn)[10]給出了一種改進(jìn)的傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋優(yōu)化方法。

針對傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋連通性問題，本文將在第2節(jié)討論無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋連通性理論及網(wǎng)絡(luò)模型。第3節(jié)采用了一種節(jié)點(diǎn)代理基站來解決網(wǎng)絡(luò)中不可達(dá)節(jié)點(diǎn)的連通性方案。第4節(jié)將給出在第2節(jié)中所給模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋連通性判定的算法。第5節(jié)對提出的基站代理方案和節(jié)點(diǎn)連通性判定算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。第6節(jié)是結(jié)束語。