1、第 2章无线传感器网络结构、覆盖与连接 2.1网络结构无线传感器网络拓扑结构1. 平面网络结构如图 2-1所示，平面网络结构是无线传感器网络中最简单的一种拓扑结构，所有节点为对等结构，具有完全一致的功能特性，也就是说每个节点均包含相同的 MAC、路由、管理和安全等协议。这种网络拓扑结构简单，易维护，具有较好的健壮性，事实上就是一种 Ad Hoc网络结构形式。由于没有中心管理节点，故采用自组织协同算法形成网络，其组网算法比较复杂。2. 分级网络结构如图 2-2所示，分级网络结构 (也叫层次网络结构 )是无线传感器网络中平面网络结构的一种扩展拓扑结构，网络分为上层和下层两个部分：上层为中心骨干节点
2、；下层为一般传感器节点。 3. 混合网络结构如图 2-3所示，混合网络结构是无线传感器网络中平面网络结构和分级网络结构的一种混合拓扑结构，网络骨干节点之间及一般传感器节点之间都采用平面网络结构，而网络骨干节点和一般传感器节点之间采用分级网络结构。 4. Mesh网络结构Mesh网络结构是一种新型的无线传感器网络结构，从结构来看， Mesh网络是规则分布的网络，不同于完全连接的网络结构，如图 2-4所示。通常只允许和节点最近的邻居通信，如图 2-5所示。网络内部的节点一般都是相同，因此 Mesh网络也称为对等网。 如图 2-6所示，采用分级网络结构技术可使 Mesh网络路由设计要简单得多，由于一
3、些数据处理可以在每个分级的层次里面完成，因而比较适合于无线传感器网络的分布式信号处埋和决策。4. Mesh网络结构2.2 无线传感器网络覆盖2.2.1无线传感网络覆盖问题覆盖问题是无线传感器网络配置首先面临的基本问题，因为传感器节点可能任意分布在配置区域，它反映了一个无线传感器网络某区域被监测和跟踪的状况。在现有的研究成果当中，很多都是致力于解决传感器网络的部署和监测及覆盖与连接的关系等方面问题。另外，也有一些研究致力于特定的应用需求，但其核心思想都是与覆盖问题有关的。无线传感器网络覆盖相关的两个计算几何问题。 第一个就是艺术馆问题 (Art Gallery Problem)。设想艺术馆的业主
4、想在馆内放置照相机，以便能够预防小偷盗窃。关于实现这个想法存在两个问题需要回答：首先就是到底需要多少台相机；其次，这些相机应当放置在哪些地方才能保证馆内每个点至少被一台相机监视到。假定相机可以有 3600的视角而且可以极大速度旋转，相机可以监视任何位置，视线不受影响。1. 无线传感器网络覆盖理论基础 问题优化要实现的目标就是所需相机的数目应该最小化，在这个问题当中，艺术馆通常建模成一个二维平面的简单多边形。如图 2-7所示是将一个简单多边形用三角测量法拆分的例子，放置两个监视相机足以覆盖整个艺术馆。尽管这个问题在二维平面可以得到最优解，然而扩展到三维空间，这个问题就变成了 NP-hard问题了。图 2-7多边形的三角测量法及监视相机的位置配置1. 无线传感器网络覆盖理论基础 另外一个与无线传感器网络覆盖相关的几何问题是圆覆盖问题，即在一个平面上最多需要排列多少个相同大小的圆，才使其能够完全覆盖整个平面。换个角度说，也就是给定了圆的数目，如何使得圆的半径最小。 A Heppes和 J B M Melissen实现了矩形平面的圆最优覆盖问题，分为最多用 5个圆和 7个圆来完成覆盖两种情况。如图 2-8所示给出了一个 7个圆最优覆盖的一个例子。图 2-8用 7个圆实现最优覆盖的样例1. 无线传感器网络覆盖理论基础
