第3章WSN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、覆蓋技術(shù)ppt課件

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 課件制作人 謝希仁 第3章WSN拓?fù)淇刂婆c覆蓋技術(shù) 掌握WSN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分類了解WSN拓?fù)淇刂屏私釽SN功率控制掌握層次性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制方法了解啟發(fā)機(jī)制了解覆蓋理論基礎(chǔ)了解傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋控制 3 1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是組織無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)技術(shù) 有多種形態(tài)和組網(wǎng)方式 按照其組網(wǎng)形態(tài)和方式分 有集中式 分布式和混合式 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集中式結(jié)構(gòu)類似移動(dòng)通信的蜂窩結(jié)構(gòu) 集中管理 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式結(jié)構(gòu) 類似AdHoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 可自組織網(wǎng)絡(luò)接入連接 分布管理 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的混合式結(jié)構(gòu)包括集中式和分布式結(jié)構(gòu)的組合 按照節(jié)點(diǎn)功能及結(jié)構(gòu)層次分 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通?？煞譃槠矫婢W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 以及Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 3 1 1平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 如圖3 1所示 平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最簡(jiǎn)單的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 具有如下特點(diǎn) 1 所有節(jié)點(diǎn)為對(duì)等結(jié)構(gòu) 2 這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 易維護(hù) 具有較好的健壯性 3 由于沒(méi)有中心管理節(jié)點(diǎn) 3 1 2分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 如圖3 2是分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 也叫層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 特點(diǎn) 網(wǎng)絡(luò)分為上層和下層兩個(gè)部分 上層為中心骨干節(jié)點(diǎn) 下層為一般傳感器節(jié)點(diǎn) 3 1 3混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 如圖3 3是混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)是 1 網(wǎng)絡(luò)骨干節(jié)點(diǎn)之間及一般傳感器節(jié)點(diǎn)之間都采用平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 2 網(wǎng)絡(luò)骨干節(jié)點(diǎn)和一般傳感器節(jié)點(diǎn)之間采用分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 3 1 4Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 從結(jié)構(gòu)來(lái)看 Mesh網(wǎng)絡(luò)是規(guī)則分布的網(wǎng)絡(luò) 如圖3 4所示 通常只允許和節(jié)點(diǎn)最近的鄰居通信 如圖3 5所示 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)一般都是相同 因此Mesh網(wǎng)絡(luò)也稱為對(duì)等網(wǎng) Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn) 是盡管所有節(jié)點(diǎn)都是對(duì)等的地位 且具有相同的計(jì)算和通信傳輸功能 如圖3 6所示 采用分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)技術(shù)可使Mesh網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計(jì)要簡(jiǎn)單得多 由于一些數(shù)據(jù)處理可以在每個(gè)分級(jí)的層次里面完成 因而比較適合于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式信號(hào)處埋和決策 3 1 4Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 從技術(shù)上來(lái)看 基于Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的無(wú)線傳感器具有以下特點(diǎn) 1 由無(wú)線節(jié)點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò) 這種類型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是由一個(gè)傳感器或執(zhí)行器構(gòu)成且連接到一個(gè)雙向無(wú)線收發(fā)器上 2 節(jié)點(diǎn)按照Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)部署 網(wǎng)內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)至少可以和一個(gè)其它節(jié)點(diǎn)通信 3 支持多跳路由 4 功耗限制和移動(dòng)性取決于節(jié)點(diǎn)類型及應(yīng)用的特點(diǎn) 5 存在多種網(wǎng)絡(luò)接入方式 可以通過(guò)星型 Mesh等節(jié)點(diǎn)方式和其它網(wǎng)絡(luò)集成 3 1 4Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 3 2拓?fù)淇刂?3 2 1概述拓?fù)淇刂萍夹g(shù)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基本問(wèn)題 動(dòng)態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最大特點(diǎn)之一 因此拓?fù)淇刂撇呗栽跓o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中有著重要的意義 它為路由協(xié)議 MAC協(xié)議 數(shù)據(jù)融合 時(shí)間同步和目標(biāo)定位等很多方面奠定了基礎(chǔ) MAC層可以提供給拓?fù)淇刂扑惴ㄠ従影l(fā)現(xiàn)等消息 如圖3 7所示 3 2 2拓?fù)淇刂频囊饬x 研究具有十分重要的意義 主要表現(xiàn)在以下五個(gè)方面 1 網(wǎng)絡(luò)壽命 2 減少節(jié)點(diǎn)通信負(fù)載 提高通信效率 3 輔助路由協(xié)議 4 數(shù)據(jù)融合策略選擇 5 節(jié)點(diǎn)冗余 3 2 3拓?fù)淇刂圃O(shè)計(jì)目標(biāo) 拓?fù)淇刂浦幸话阋紤]的設(shè)計(jì)目標(biāo)有如下幾個(gè)方面 1 覆蓋2 連通3 網(wǎng)絡(luò)生命期4 吞吐能力5 干擾和競(jìng)爭(zhēng)6 網(wǎng)絡(luò)延遲7 拓?fù)湫再|(zhì) 3 3功率控制 傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的控制也稱功率分配問(wèn)題 1 基于節(jié)點(diǎn)度的功率控制2 基于方向的功率控制3 基于鄰近圖的功率控制4 XTC算法 3 4層次性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制方法 層次型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn) 例如 由簇頭節(jié)點(diǎn)擔(dān)負(fù)數(shù)據(jù)融合的任務(wù) 減少了數(shù)據(jù)通信量 分簇式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有利于分布式算法的應(yīng)用 適合大規(guī)模部署的網(wǎng)絡(luò) 由于大部分節(jié)點(diǎn)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)關(guān)閉通信模塊 所以顯著地延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間等 1 LEACH算法 2 GAT算法 GAT算法是一種依據(jù)節(jié)點(diǎn)的地理位置進(jìn)行分簇 并對(duì)簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)選擇性的進(jìn)行休眠的路由算法 其核心思想是 在各數(shù)據(jù)源到數(shù)據(jù)目的地之問(wèn)存在有效通路的前提下 盡量減少參與數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)數(shù) 從而減少用于數(shù)據(jù)包偵聽(tīng)和接收的能量開(kāi)銷 它將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分成若干個(gè)單元格 簇 各單元格內(nèi)任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以被選為代表 代替本單元格內(nèi)所有其他節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)包向相鄰單元格的轉(zhuǎn)發(fā) 被選中的節(jié)點(diǎn)成為本單元格的簇頭節(jié)點(diǎn) 其他節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行休眠 不發(fā)送 接收和偵聽(tīng)數(shù)據(jù)包 GAT算法通常分為虛擬單元格的劃分和虛擬單元格中簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇兩個(gè)階段 1 虛擬單元格的劃分 2 虛擬單元格中的簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇 3 5啟發(fā)機(jī)制 在傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂扑惴ㄖ?除了傳統(tǒng)的功率控制和層次型拓?fù)淇刂苾蓚€(gè)方面之外 也提出了啟發(fā)式的節(jié)點(diǎn)喚醒和休眠機(jī)制 該機(jī)制能夠使節(jié)點(diǎn)在沒(méi)有事件發(fā)生時(shí)設(shè)置通信模塊為睡眠狀態(tài) 而在有事件發(fā)生時(shí)及時(shí)自動(dòng)醒來(lái)并喚醒鄰居節(jié)點(diǎn) 形成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 1 STEM算法STEM sparseTopologyandEnergyManagement 算法是一種低占空比的節(jié)點(diǎn)喚醒機(jī)制 該算法采用雙信道 即監(jiān)聽(tīng)信道和數(shù)據(jù)通信信道 具體地講 STEM算法又分為STEM B STEM BEACON 算法和STEM T STEM TONE 算法 在STEM B算法中 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)想給另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) 它作為主動(dòng)節(jié)點(diǎn)先發(fā)送一串喚醒包 目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在收到喚醒包后 發(fā)送應(yīng)答信號(hào)并自動(dòng)進(jìn)入數(shù)據(jù)接收狀態(tài) 主動(dòng)節(jié)點(diǎn)接收到應(yīng)答信號(hào)后 進(jìn)入數(shù)據(jù)發(fā)送階段 在STEM T算法中 節(jié)點(diǎn)周期性地進(jìn)入偵聽(tīng)階段 探測(cè)是否有鄰居節(jié)點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù) 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)想與某個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí) 它就發(fā)送一連串的喚醒包 發(fā)送喚醒包的時(shí)間長(zhǎng)度必須大于偵聽(tīng)的時(shí)間間隔 可以確保鄰居節(jié)點(diǎn)能夠收到喚醒包 緊接著節(jié)點(diǎn)就直接發(fā)送數(shù)據(jù)包 所以STEM T比STEM B更簡(jiǎn)單實(shí)用 STEM算法適用于類似環(huán)境監(jiān)測(cè)或者突發(fā)事件監(jiān)測(cè)等應(yīng)用 經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明 節(jié)點(diǎn)喚醒速度可以滿足應(yīng)用的需要 但是在STEM算法中 節(jié)點(diǎn)的睡眠周期 部署密度以及網(wǎng)絡(luò)的傳輸延遲之間有著密切的關(guān)系 要針對(duì)具體的應(yīng)用要求進(jìn)行調(diào)整 2 ASCENT算法 運(yùn)行ASCENT算法的網(wǎng)絡(luò)包括觸發(fā) 建立和穩(wěn)定三個(gè)主要階段 觸發(fā)階段如圖3 12 a 所示 在匯聚節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)不能正常通信時(shí) 匯聚節(jié)點(diǎn)向它的鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)出求助信息 建立階段如圖3 12 b 所示 當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到鄰居節(jié)點(diǎn)的求助消息時(shí) 通過(guò)一定的算法決定自己是否成為活動(dòng)節(jié)點(diǎn) 如果成為活動(dòng)節(jié)點(diǎn) 就向鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送通告消息 同時(shí)這個(gè)消息是鄰居節(jié)點(diǎn)判斷自身是否成為活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的因素之一 穩(wěn)定階段如圖3 12 c 所示 數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)間的通信恢復(fù)正常 網(wǎng)絡(luò)中活動(dòng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)保持穩(wěn)定 從而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài) 3 6覆蓋 3 6 1覆蓋理論基礎(chǔ)覆蓋問(wèn)題是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)配置首先面臨的基本問(wèn)題 因?yàn)閭鞲衅鞴?jié)點(diǎn)可能任意分布在配置區(qū)域 它反映了一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)某區(qū)域被監(jiān)測(cè)和跟蹤的狀況 在現(xiàn)有的研究成果當(dāng)中 很多都是致力于解決傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署和監(jiān)測(cè)及覆蓋與連接的關(guān)系等方面問(wèn)題 另外 也有一些研究致力于特定的應(yīng)用需求 但其核心思想都是與覆蓋問(wèn)題有關(guān)的 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋相關(guān)的兩個(gè)計(jì)算幾何問(wèn)題 三角形 圓 第一個(gè)就是藝術(shù)館問(wèn)題 ArtGalleryProblem 設(shè)想藝術(shù)館的業(yè)主想在館內(nèi)放置照相機(jī) 以便能夠預(yù)防小偷盜竊 關(guān)于實(shí)現(xiàn)這個(gè)想法存在兩個(gè)問(wèn)題需要回答 首先就是到底需要多少臺(tái)相機(jī) 其次 這些相機(jī)應(yīng)當(dāng)放置在哪些地方才能保證館內(nèi)每個(gè)點(diǎn)至少被一臺(tái)相機(jī)監(jiān)視到 假定相機(jī)可以有的視角而且可以極大速度旋轉(zhuǎn) 相機(jī)可以監(jiān)視任何位置 視線不受影響 3 6 1覆蓋理論基礎(chǔ) 問(wèn)題優(yōu)化要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)就是所需相機(jī)的數(shù)目應(yīng)該最小化 在這個(gè)問(wèn)題當(dāng)中 藝術(shù)館通常建模成一個(gè)二維平面的簡(jiǎn)單多邊形 一個(gè)簡(jiǎn)單的解決辦法就是將多邊形分成不重疊的三角形 每個(gè)三角形里面放置一個(gè)相機(jī) 通過(guò)三角測(cè)量法將多邊形分成若干個(gè)三角形 這樣可以實(shí)現(xiàn)任何一個(gè)多邊形都可被個(gè)相機(jī)所監(jiān)視到 這里n表示多邊形所包含的三角形的數(shù)目 這也是最糟糕情況下的最佳結(jié)果 3 6 1覆蓋理論基礎(chǔ) 如圖3 7所示是將一個(gè)簡(jiǎn)單多邊形用三角測(cè)量法拆分的例子 放置兩個(gè)監(jiān)視相機(jī)足以覆蓋整個(gè)藝術(shù)館 盡管這個(gè)問(wèn)題在二維平面可以得到最優(yōu)解 然而擴(kuò)展到三維空間 這個(gè)問(wèn)題就變成了NP hard問(wèn)題了 圖3 7多邊形的三角測(cè)量法及監(jiān)視相機(jī)的位置配置NP hard問(wèn)題 NP是指非確定性多項(xiàng)式 non deterministicpolynomial 縮寫(xiě)NP 所謂的非確定性是指 可用一定數(shù)量的運(yùn)算去解決多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)可解決的問(wèn)題 NP問(wèn)題通俗來(lái)說(shuō)是其解的正確性能夠被 很容易檢查 的問(wèn)題 這里 很容易檢查 指的是存在一個(gè)多項(xiàng)式檢查算法 相應(yīng)的 若NP中所有問(wèn)題到某一個(gè)問(wèn)題是圖靈可歸約的 則該問(wèn)題為NP困難問(wèn)題 3 6 1覆蓋理論基礎(chǔ) 另外一個(gè)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋相關(guān)的幾何問(wèn)題是圓覆蓋問(wèn)題 即在一個(gè)平面上最多需要排列多少個(gè)相同大小的圓 才使其能夠完全覆蓋整個(gè)平面 換個(gè)角度說(shuō) 也就是給定了圓的數(shù)目 如何使得圓的半徑最小 A Heppes和J B M Melissen實(shí)現(xiàn)了矩形平面的圓最優(yōu)覆蓋問(wèn)題 分為最多用5個(gè)圓和7個(gè)圓來(lái)完成覆蓋兩種情況 如圖3 8所示給出了一個(gè)7個(gè)圓最優(yōu)覆蓋的一個(gè)例子 圖3 8用7個(gè)圓實(shí)現(xiàn)最優(yōu)覆蓋的樣例 3 6 1覆蓋理論基礎(chǔ) 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋問(wèn)題在本質(zhì)上和上面的幾何計(jì)算問(wèn)題是一致的 需要知道是否某個(gè)特定的區(qū)域被充分覆蓋和完全處于監(jiān)視之下 就成本而言 配置的傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量是非常重要的 在典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用當(dāng)中 放置或配置一些傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)監(jiān)視一個(gè)區(qū)域或點(diǎn)集 3 6 1覆蓋理論基礎(chǔ) 確定性配置和非確定性的配置 隨機(jī)配置 1 一些應(yīng)用中可以選擇傳感器配置場(chǎng)地 如定點(diǎn)部署和配置 這種方式稱為確定性配置 2 而另外一些應(yīng)用 如敵方區(qū)域或非常惡劣等人員不能到達(dá)的環(huán)境 只能通過(guò)隨機(jī)部署 如空投撒播方式 足夠多的傳感器節(jié)點(diǎn)到監(jiān)視區(qū)域 希望空投后未遭破壞的傳感器足以監(jiān)視目標(biāo)區(qū)域 這種方式稱為非確定性的配置或隨機(jī)配置 如果可以選取部署場(chǎng)地 可采用確定性的傳感器配置方法 否則 該配置就是隨機(jī)配置 3 6 1覆蓋理論基礎(chǔ) 在上面兩種配置情況下 都希望部署的傳感器集合能夠彼此通信 或者直接或者間接通過(guò)多跳方式通信 因此 除了要覆蓋感應(yīng)的區(qū)域或點(diǎn)集外 通常需要配置的傳感器集合能夠形成一個(gè)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò) 就連接特性而言 需要知道傳感器的通信半徑 其連接覆蓋的充分必要條件 滿足定理1 定理1 當(dāng)傳感器的密度 即單位區(qū)域的傳感器數(shù)目 為有限時(shí) 是覆蓋包含連接性的充分必要條件 3 6 1覆蓋理論基礎(chǔ) X Wang等人也證明了在k階覆蓋 每個(gè)點(diǎn)至少被k個(gè)傳感器覆蓋 和k階連接性 配置傳感器的通信圖是k階連接的 情況下的一個(gè)類似的結(jié)論 滿足定理2 定理2 當(dāng) 一個(gè)凸區(qū)域的k階覆蓋必定包含了k階連接性 注意到k l的k階覆蓋提供了一定的容錯(cuò)度 能夠監(jiān)視所有的點(diǎn) 只要不多于k 1個(gè)傳感器故障或失效 凸區(qū)域 就是凸的區(qū)域 凸從幾何上看就是圖形是往外凸的 沒(méi)有凹進(jìn)去的地方 代數(shù)上是這樣定義的 集合中任取兩個(gè)點(diǎn)a b 有t a 1 t b仍屬于這個(gè)集合 其中0 t 1 這個(gè)表達(dá)式的意思就是連接兩個(gè)點(diǎn)ab的直線段還在集合中 這是凸的意思 區(qū)域就是連通的開(kāi)集 也可以等價(jià)的說(shuō)是道路連通的開(kāi)集 所謂道路連通也很好理解 就是集合中的任意兩個(gè)點(diǎn)有一條道路連接它們 3 6 1覆蓋理論基礎(chǔ) 與覆蓋問(wèn)題直接相關(guān)的是傳感器節(jié)點(diǎn)的感知模型 目前 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要有兩種基本感知模型 1 布爾感知模型2 概率感知模型 3 6 2覆蓋感知模型 3 6 3覆蓋算法分類 1 節(jié)點(diǎn)部署方式分類按照無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的不同配置方式 即節(jié)點(diǎn)是否需要知道自身位置信息 可以將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋算法分為確定性覆蓋 隨機(jī)覆蓋兩大類 1 確定性覆蓋 2 隨機(jī)覆蓋2 覆蓋目標(biāo)分類根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)不同的應(yīng)用 覆蓋需求通常不同 根據(jù)覆蓋目標(biāo)不同 目前覆蓋算法可以分為面覆蓋 點(diǎn)覆蓋及柵欄覆蓋 1 面覆蓋 2 點(diǎn)覆蓋 3 柵欄覆蓋 3 6 4典型覆蓋算法 1 基于網(wǎng)格的覆蓋定位傳感器配置算法2 圓周覆蓋 3 6 4典型覆蓋算法 3 連通傳感器覆蓋4 輪換活躍 休眠節(jié)點(diǎn)的Self Scheduling覆蓋協(xié)議 3 6 4典型覆蓋算法 5 最壞與最佳情況覆蓋6 暴露穿越覆蓋 3 6 5覆蓋能效評(píng)價(jià)指標(biāo) 1 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的覆蓋指標(biāo)由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)布置的固有冗余性 網(wǎng)絡(luò)覆蓋評(píng)價(jià)采用了可靠度的概念 對(duì)一定區(qū)域 若在t時(shí)刻處于n個(gè)節(jié)點(diǎn)測(cè)量范圍內(nèi) 該區(qū)域綜合可靠度表示為 2 4 式中 ri t 表示第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的測(cè)量可靠度 待測(cè)區(qū)域中所有綜合可靠度大于測(cè)量可靠性要求的區(qū)域稱為有效測(cè)量區(qū)域 用解析方法計(jì)算隨機(jī)布置無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的有效測(cè)量區(qū)域非常復(fù)雜 因此采用數(shù)值計(jì)算方法 將待測(cè)區(qū)域網(wǎng)格化 單元格簡(jiǎn)化為點(diǎn) 計(jì)算各點(diǎn)的綜合可靠度 統(tǒng)計(jì)滿足測(cè)量可靠度要求的單元格面積 得到有效測(cè)量區(qū)域面積數(shù)值解 將有效測(cè)量區(qū)域面積占待測(cè)總面積的比例定義為覆蓋指標(biāo)C 2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗指標(biāo) 無(wú)線信號(hào)在傳播過(guò)程中隨著傳播距離增加而發(fā)生衰減 采用自由空間模型計(jì)算傳播損耗如下 2 5 式中 Lp為路徑損耗 D為傳播距離 為信號(hào)波長(zhǎng) 針對(duì)無(wú)線信號(hào)傳播過(guò)程 假設(shè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信能耗模型為 運(yùn)行發(fā)送器或接收器的無(wú)線花費(fèi)為Eelec 50nJ bit 發(fā)送放大器實(shí)現(xiàn)容許放大倍率的無(wú)線花費(fèi)為Eamp 100pJ bitm 2 二維空間內(nèi) 坐標(biāo)分別為 xi yi xj yj 的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)i j 通信時(shí)信號(hào)傳播距離計(jì)算如下 2 6 若節(jié)點(diǎn)i向j發(fā)送長(zhǎng)度為kbit的數(shù)據(jù)包 則節(jié)點(diǎn)i能耗為 2 7 節(jié)點(diǎn)j接收此數(shù)據(jù)包的能耗為 2 8 節(jié)點(diǎn)i與j節(jié)點(diǎn) 進(jìn)行一次數(shù)據(jù)包傳輸所消耗的總能量為 2 9 式 2 9 說(shuō)明兩節(jié)點(diǎn)