1引言
集成傳感器技術(shù)、微機電系統(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，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、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)用價值。在上述應(yīng)用中，傳感器節(jié)點往往是隨機地部署在監(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)點采集現(xiàn)實生活中諸如熱、光或者某個監(jiān)測對象的相關(guān)物理信息，對于傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點，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)點強，基站在網(wǎng)絡(luò)部署時基本部署在其他傳感器節(jié)點的附近，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)中一些錯誤和無效的數(shù)據(jù)，并消除冗余數(shù)據(jù)，同時，基站也會定期對傳感數(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)點中選擇足夠的節(jié)點以構(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)點代理基站來解決網(wǎng)絡(luò)中不可達(dá)節(jié)點的連通性方案。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)點連通性判定算法進(jìn)行實驗。第6節(jié)是結(jié)束語。
2網(wǎng)絡(luò)覆蓋連通性理論及網(wǎng)絡(luò)模型
傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點連通性的要求與adhoc網(wǎng)絡(luò)大致一致：1)信息必須有一條或足夠多的路徑從信息源轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(基站)；2)信息在轉(zhuǎn)發(fā)過程中延遲盡量小。信息的轉(zhuǎn)發(fā)路徑越多，系統(tǒng)越可靠，但由于需要多個中間節(jié)點同時處于工作狀態(tài)，節(jié)點能耗增加，系統(tǒng)壽命降低。無線發(fā)射器件的能耗隨著收發(fā)距離長度的變大呈指數(shù)增長，采用多跳方式信息轉(zhuǎn)發(fā)代替點對點通信，可以節(jié)約大量的能量。但過多的跳數(shù)會增加信息接收轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)，同樣會帶來額外的能耗。因此，將上述2個矛盾的因素折衷，適當(dāng)控制轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的個數(shù)是降低能耗的關(guān)鍵。