混合无线传感器网络移动节点部署方法研究

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1、WSNs节点部署根据不同的划分标准可分为不同类别。根据节点布放过程可控性，可以将WSNs划分为随机部署网络和确定性网络；根据组成WSNs的节点的特征，WSNs大致可以分为三类：S卩(1)静态WSNs，在该种网络中所有的传感器节点都是静止的，不可移动。(2)移动WSNs，网络屮的所有传感器节点都具有移动能力。(3)混合WSNs，网络屮的传感器节点既有静态传感节点，又有可移动传感节点。无论采取哪种部署方式，最大化网络覆盖都是节点部署追求的设计FI标。本章针对WSNs覆盖问题及常见传感节点部署算法进行了介绍。3.1无线传感器网络感知模型覆盖问题与传感器节点的感知

2、模型紧密相关。在WSNs的研究中，比较常用的感知模型有0/1模型和概率模型。(1)0/1模型(VI模型因其简单性，所以在研究中使用的比较多，乂被称为圆盘模型。在0/1模型中，传感器节点所覆盖的范围是一个圆形区域，该区域以节点自身所在的位置为圆心，区域半径即为节点的感知半径仍。其中节点的感知半径你与节点物理特性相关。假设节点6,的坐标为(xs,ys)。在on模型中，对于平面上任意一点PCvp，>，p),节点s检测到点p处发生的事件的概率为(2)概率感知模型由于0/1模型过于简单，与实际情况存在很大偏差。因此人们乂提出了概率感知模型。在现实应用环境中，节点是通

3、过测量接收信号的强度来检测目标的，然而受环境噪声的干扰，随着传输距离的增加，信号强度会衰减，为此研究者提出了概率感知模型。在概率感知模型中，出现在任意点p处的事件被传感器节点f感知到的儿率为其中，6/(/,妁表示传感器节点/所在的位罝与事件的发生位罝p之间的欧氏距离，参数(X表示节点的感知能力以及信号随传输距离增加的衰减程度。显然，当节点/与事件的发生位罝P之间的距离冰Z>)小于或等于节点的感知半径时，节点对P的感知概率为当距离大于时，则节点不能感知到时间的发生。3.2无线传感器网络覆盖问题分类网络覆盖是组建WSNs过程中需要考虑的问题之一，也是衡量WSN

4、s部署性能的关键指标之一。一般来讲，覆盖的目标就是在满足一定服务质量下，使传感器节点合理分布，从而使节点覆盖的监测区域面积最大化。通过对网络覆盖的研究，我们可以了解部署IX域内是否存部署空洞即监测和通信盲IX，以及了解网络的覆盖质量，从而指导我们采取措施来提高网络覆盖，如调整部署节点的位罝，或者向网络中的空洞处添加新的节点。另外，为保证重要区域的监测信息可靠准确，我们可以适当提高传感器节点的密度。随着对覆盖问题的深入研究，人们将覆盖问题分为了不同的模型。一般而言，覆盖算法分为分布式算法和集中式算法。其中在分布式算法中，每一个节点各自运行算法。如果一个算法是

5、分布式且局部化的，那么节点在做决定时仅依靠其邻居节点就可以。这使得分布式和局部化的算法具有很好的扩展性。实际应用中，覆盖问题受很多因素的影响，以下列出了一些影响覆盖的因素。(1)传感器部署算法：在环境友好、可接近的情况下，可以采用确定部署方式，确定性部署的优点是部署过程是可控地，因此，部署过程可以使用一些优化算法来提高网络覆盖率和减少部署的节点数。而在灾难现场、战场等恶劣的环境中，可以采用随机部署方式，但是由于随机部署的不可控性，通常需要部署大量传感器节点才能满足覆盖要求。(2)感知半径和通信半径：假设与传感器节点的距离为r的区域内的发生的事件都能被传感器

6、节点感知到，就称传感器节点的感知半径为n传感器的通信半径则与网络的连通性紧密和关。(3)其他需求：能量效率和连通性。我们称之为基于能量效率的覆盖和连通的覆盖。目前WSNs的覆盖可分为区域覆盖、点覆盖和边界覆盖。覆盖问题中的区域覆盖是被研宄的最多的问题，其目标是在保证网络连通性的条件下，减少网络所需节点数，最大化网络的监测区域。图3-l(a)给出了区域覆盖的示意图。WSNs的点覆盖就是覆盖目标区域内特定的节点集合。如图3-l(b)所示，给出了一个点覆盖的例子。WSNs的边界覆盖研究的是某一可移动得目标以任意轨迹穿越WSNs所在IX域时，其被监测到的几率和不能

7、被监测到的几率。图3-1(0显示了一个一般的边界覆盖问题。3.2.1区域覆盖在WSNs中，区域覆盖是被研宄最广泛的问题。区域覆盖考虑的是区域内的任意一点被覆盖的情况。一般来说，在区域覆盖问题的研究中，通常会考虑连通问题。保证网络连通对于WSNs是十分必要的，因为未连通的节点无法将采集的数据传到用户。很多文献都对区域覆盖问题进行了讨论。Slijepcevict提出了一种能有效的延长网络工作寿命的节点部署策略。该算法利用了WSNs中的节点存在冗余性这一特点。其基本思路是将WSNs中的所有传感器节点划分成若干相互独立、没有交叉的节点集。而目标区域能够被每一个节点

8、集完整覆盖。这些节点集合通过轮换的工作和休眠，能有效的延长网络的使