孟慶蕾

將節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)測區(qū)域時(shí)，要按照實(shí)際監(jiān)測區(qū)域情況采取相應(yīng)的部署方式，如飛機(jī)撒播、炮彈撒播、人為布置、機(jī)器布置。在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)部署時(shí)，也要考慮傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測對象的實(shí)際情況，采取相應(yīng)的監(jiān)測策略，如點(diǎn)覆蓋、網(wǎng)格覆蓋、柵欄覆蓋。將傳感器節(jié)點(diǎn)按照一定方式部署在監(jiān)測區(qū)域后，還需要一些評價(jià)指標(biāo)來判別節(jié)點(diǎn)部署情況，如覆蓋度、覆蓋盲區(qū)、覆蓋重?cái)?shù)、覆蓋均勻度、連通性、連通重?cái)?shù)。

一、節(jié)點(diǎn)部署方式

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，按照節(jié)點(diǎn)部署方式分為隨機(jī)部署型、確定部署型、具備移動(dòng)能力型。

（一）隨機(jī)部署型

隨即部署通常采用飛機(jī)或者炮彈隨機(jī)將大量傳感器節(jié)點(diǎn)播撒在監(jiān)測區(qū)求的不同，有3種節(jié)點(diǎn)部署方式：隨機(jī)部域內(nèi)。這種部署方式的優(yōu)點(diǎn)是成本低，可操作性強(qiáng)，適用于惡劣環(huán)境或者人工難以到達(dá)的地方，還有大規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡(luò)也采用這種方式。隨即部署方式簡單易行，當(dāng)前狀態(tài)下，大多數(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)都采用隨即部署的方式。然而隨即部署可能導(dǎo)致某些區(qū)域節(jié)點(diǎn)密度過高有些區(qū)域節(jié)點(diǎn)布置地過于稀疏，造成網(wǎng)絡(luò)資源不平衡，網(wǎng)絡(luò)不能完全覆蓋，網(wǎng)絡(luò)的連通性也不好。

（二）確定部署型

在部署節(jié)點(diǎn)之前，預(yù)先設(shè)計(jì)好部署算法，按照算法計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的確切部署位置，再通過機(jī)器或者人工的方式將節(jié)點(diǎn)固定好。部署算法的目的是對監(jiān)測區(qū)域?qū)崿F(xiàn)完全覆蓋。適合確定部署方案的環(huán)境必須為人們所已知，相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模小。確定型部署方式構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)，一般具有覆蓋度好，連通性強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)性能很高的特點(diǎn)。但由于要事先非常熟悉環(huán)境，且規(guī)模不是特別大的環(huán)境才符合，所以當(dāng)前只有少數(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)使用確定部署。

（三）具備移動(dòng)能力型

這樣構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)是由許多攜帶傳感器的移動(dòng)機(jī)器人構(gòu)成的分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)。具備移動(dòng)能力，是指攜帶傳感器的機(jī)器人有移動(dòng)能力。移動(dòng)機(jī)器人之間通過無線通信方式連接，彼此行動(dòng)也通過無線通信進(jìn)行協(xié)調(diào)。這時(shí)的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不再是一個(gè)簡單地傳感器節(jié)點(diǎn)而是具有移動(dòng)能力的傳感器機(jī)器人，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都既有傳感器特點(diǎn)又具有機(jī)器人特點(diǎn)。傳感器特點(diǎn)是指采集信息，計(jì)算，存儲(chǔ)，通信；機(jī)器人特點(diǎn)是指無線通信和自移動(dòng)能力。機(jī)器人節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是節(jié)點(diǎn)位置非常容易發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化快。與一般傳感器網(wǎng)絡(luò)不通，移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)需要解決新的問題：如移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)、機(jī)器人間通信技術(shù)、多目標(biāo)跟蹤技術(shù)等。

倉儲(chǔ)環(huán)境是特定的一種應(yīng)用環(huán)境，具有現(xiàn)實(shí)中不輕易移動(dòng)，是封閉規(guī)則空間的特點(diǎn)。倉庫面積一般在10000平方米，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中屬于中等偏大的環(huán)境。但由于倉庫內(nèi)的環(huán)境是安全易于測量去，且倉庫內(nèi)不需要傳感器節(jié)點(diǎn)頻繁移動(dòng)位置，故優(yōu)先考慮確定型部署方式。這種部署方式按照算法計(jì)算結(jié)果將節(jié)點(diǎn)布置在精確的位置上，滿足完全覆蓋，維持高連通性，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)處于最佳狀態(tài)。

二、節(jié)點(diǎn)部署算法

對應(yīng)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)覆蓋的對象不同，節(jié)點(diǎn)覆蓋的方式也不一樣。按照監(jiān)測區(qū)域覆蓋對象不同，節(jié)點(diǎn)算法被分為3類，分別是：基于點(diǎn)覆蓋，網(wǎng)格覆蓋，柵欄覆蓋的節(jié)點(diǎn)部署算法。

（一）點(diǎn)覆蓋

點(diǎn)覆蓋是指在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)認(rèn)為需要監(jiān)測的對象為有限的離散點(diǎn)。只有這種情況才適合使用點(diǎn)覆蓋。點(diǎn)覆蓋不關(guān)心網(wǎng)絡(luò)的所有區(qū)域，只關(guān)心監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。通常的做法是在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)附近布置傳感器節(jié)點(diǎn)，為確保節(jié)點(diǎn)覆蓋度，每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)都至少被一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋。點(diǎn)覆蓋問題需要確定覆蓋這些有限點(diǎn)所需的最少節(jié)點(diǎn)數(shù)以及節(jié)點(diǎn)布置位置。如何確定最少節(jié)點(diǎn)數(shù)以及節(jié)點(diǎn)位置一般采用傳統(tǒng)的線性規(guī)劃，很少涉及節(jié)點(diǎn)之間的連通性。研究點(diǎn)覆蓋問題一般采用單目標(biāo)優(yōu)化方法或多目標(biāo)優(yōu)化方法，并不能解得問題的精確解，只能得到問題的近似解，即能無限靠近解，卻不能達(dá)到。

（二）網(wǎng)格覆蓋

網(wǎng)格覆蓋又稱為區(qū)域覆蓋，是指用二維網(wǎng)格或者三維網(wǎng)格來劃分監(jiān)測區(qū)域，并在網(wǎng)格的某點(diǎn)布置傳感器節(jié)點(diǎn)。當(dāng)前對傳感器網(wǎng)絡(luò)基于網(wǎng)格劃分的網(wǎng)格一般為規(guī)則的多邊形，如三角形，正方形，矩形，六邊形等。根據(jù)網(wǎng)格形狀的不同，網(wǎng)格多邊形可分方形網(wǎng)格和菱形網(wǎng)格。

網(wǎng)格覆蓋可實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域無盲點(diǎn)覆蓋，與點(diǎn)覆蓋不同，網(wǎng)格覆蓋必須實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域的完全覆蓋，其中節(jié)點(diǎn)的位置分布也可以精確地由算法算出。傳感器網(wǎng)絡(luò)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，對節(jié)點(diǎn)覆蓋的要求也不一樣。多重覆蓋能較單重覆蓋有更強(qiáng)的容錯(cuò)能力和更高的魯棒性，所獲得的數(shù)據(jù)精確度也越高。

（三）柵欄覆蓋

柵欄覆蓋所關(guān)注的是移動(dòng)物體在穿越監(jiān)測區(qū)域時(shí)如何能被有效識(shí)別。柵欄覆蓋在從初始位置到重點(diǎn)位置之間布置傳感器節(jié)點(diǎn)前必須找到一條或多條路徑，當(dāng)有移動(dòng)物體穿越時(shí)可以有效檢測到。當(dāng)要求有k個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋路徑時(shí)，這稱為k重覆蓋。柵欄覆蓋主要分兩種：一種是基于最大突破路徑和最大支持路徑，另一種是基于最大暴露路徑與最小暴露路徑?；谧畲笸黄坡窂胶妥畲笾С致窂降难芯恐饕槍δ繕?biāo)能被傳感器節(jié)點(diǎn)感知到的感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行研究，而基于最大暴露路徑與最小暴露路徑的研究還要考慮移動(dòng)物體穿越監(jiān)測區(qū)域的時(shí)間，因此比前者更實(shí)用。

（作者單位：北京物資學(xué)院）