李瑞正

【摘? 要】論文主要對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的傳感器配置問(wèn)題進(jìn)行論述與研究，對(duì)當(dāng)前信息研究領(lǐng)域當(dāng)中傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)進(jìn)行探討，然后就當(dāng)前大規(guī)模以及超大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配置問(wèn)題的相應(yīng)解決方法進(jìn)行論述。論文結(jié)合一些算法和方法，對(duì)其解決傳感器配置問(wèn)題的可行性進(jìn)行論述。

【Abstract】The paper mainly discusses and studies the sensor placement problem in sensor networks， discusses the characteristics of sensor networks in the current information research field， and then discusses the corresponding solving methods to the current node placement problem in large-scale and super large-scale sensor networks. The paper combines some algorithms and methods and discusses their feasibility to solve the sensor placement problem.

【關(guān)鍵詞】傳感器網(wǎng)絡(luò);傳感器配置;問(wèn)題;方法

【Keywords】sensor networks; sensor placement; problem; methods

【中圖分類(lèi)號(hào)】TP212.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2021）02-0188-02

1 引言

傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是當(dāng)前社會(huì)背景下最重要的技術(shù)之一。傳感器網(wǎng)絡(luò)是由相互連接而且智能的傳感器所組成的，在連接的過(guò)程中可以通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行信息傳輸，或者依靠互聯(lián)網(wǎng)從而形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。對(duì)于傳感器來(lái)講，可以在地面以及空中或者是水下進(jìn)行分布以及使用，所以對(duì)于當(dāng)前的日常生活、城市運(yùn)轉(zhuǎn)和環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制等工作發(fā)揮了非常重要的作用。所以在本文所論述的內(nèi)容中，就當(dāng)前傳感器網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)存在的一些配置問(wèn)題進(jìn)行深入探討。

2 傳感器配置問(wèn)題概述

對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)講，如果規(guī)模比較大，那么面臨的最主要的問(wèn)題就是在一些給定的區(qū)域，如何對(duì)傳感器的數(shù)量以及配置位置進(jìn)行確定，從而使信息獲取的效率能夠得到提升。在這種模式下，傳感器的配置能夠保證傳感器的網(wǎng)絡(luò)正常，在擁有全面覆蓋率和分辨率的情況下，使某項(xiàng)指標(biāo)能夠達(dá)到最優(yōu)或者是接近最優(yōu)的狀態(tài)。對(duì)于分布式的傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)講，就傳感器如何進(jìn)行配置而言，所采取的策略能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)的成本降到最低，這是最需要關(guān)注的問(wèn)題。所以，對(duì)于傳感器的配置策略來(lái)講，需要將傳感器網(wǎng)絡(luò)分為兩種：第一種是隨機(jī)放置的網(wǎng)格狀，如果傳感器所處的環(huán)境本身是未知的，那么只能通過(guò)隨機(jī)放置的方法來(lái)完成傳感器的網(wǎng)絡(luò)配置;第二種情況就是，如果傳感器所監(jiān)測(cè)的對(duì)象已經(jīng)確定，而且對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的特性已經(jīng)明確，那么就可以將整個(gè)監(jiān)測(cè)環(huán)境劃分為特定的網(wǎng)格，然后將傳感器在這些網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行配置，在進(jìn)行位置配置的過(guò)程中，放置策略將會(huì)對(duì)最終的傳感器監(jiān)測(cè)效果和網(wǎng)絡(luò)特性產(chǎn)生直接影響。

對(duì)于傳感器來(lái)講，在工作過(guò)程中，對(duì)于傳感器所監(jiān)測(cè)的區(qū)域，如果經(jīng)過(guò)了特殊的處理，那么可以將整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域分為二維或者是三維的網(wǎng)格，在網(wǎng)格當(dāng)中組成網(wǎng)絡(luò)的傳感器就可以在網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行任意放置。所以，就可以進(jìn)行一個(gè)假設(shè)，假設(shè)存在一個(gè)覆蓋模型，如果某節(jié)點(diǎn)和傳感器之間的距離比傳感器的監(jiān)測(cè)半徑小，那么這一節(jié)點(diǎn)就是被傳感器監(jiān)測(cè)所覆蓋的節(jié)點(diǎn)，相反就是非覆蓋節(jié)點(diǎn)。所以對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)講，如果當(dāng)前所有的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)都能夠被至少一個(gè)傳感器所覆蓋，那么該傳感器網(wǎng)絡(luò)本身就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了完全覆蓋。

3 傳感器配置問(wèn)題的建模與解決

在一般情況下，通過(guò)傳感器所組成的網(wǎng)絡(luò)能夠發(fā)揮監(jiān)測(cè)以及檢測(cè)等多項(xiàng)功能，在不同功能發(fā)揮過(guò)程中，會(huì)選擇擁有多種監(jiān)測(cè)范圍和檢測(cè)能力以及價(jià)格等都不相同的傳感器，所以，對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)講，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中如果選擇監(jiān)測(cè)范圍比較大的傳感器，那么相應(yīng)的價(jià)格成本也會(huì)提升，所以受到成本的限制，有一些傳感器在使用過(guò)程中會(huì)受到約束;如果在監(jiān)測(cè)過(guò)程中選擇監(jiān)測(cè)范圍比較小的傳感器，那么傳感器的數(shù)量就會(huì)增加。所以在進(jìn)行傳感器配置的過(guò)程中，需要擁有最優(yōu)的配置策略，從而使傳感器的配置成本降低，而且也能夠保證監(jiān)測(cè)和檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。在現(xiàn)有的研究工作當(dāng)中，主要對(duì)幾類(lèi)覆蓋問(wèn)題進(jìn)行了研究，并提出了相應(yīng)的解決方案。例如，采取Exposure對(duì)臨界密度進(jìn)行了研究，從而確定完全覆蓋時(shí)所需要的傳感器數(shù)量。再如，通過(guò)分布式自散步算法，對(duì)可移動(dòng)傳感器動(dòng)態(tài)配置過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行了解決。通過(guò)應(yīng)用覆蓋分析方法，以節(jié)點(diǎn)探測(cè)范圍為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)單位圓盤(pán)覆蓋以及非單位圓盤(pán)覆蓋這兩類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行解決。

對(duì)于傳感器的配置問(wèn)題來(lái)講，在一些特定的情境下相當(dāng)于是藝術(shù)館的警報(bào)設(shè)置問(wèn)題，在警報(bào)設(shè)置過(guò)程中，每一個(gè)警報(bào)器會(huì)根據(jù)自身所處的位置不同以及朝向不同發(fā)揮相應(yīng)的監(jiān)測(cè)作用及覆蓋相應(yīng)的監(jiān)測(cè)范圍，所以本身和傳感器具有相同之處。對(duì)藝術(shù)館來(lái)講，配置警報(bào)器的方案需要保證整個(gè)報(bào)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中的任意一個(gè)警報(bào)器失效時(shí)都能夠及時(shí)被確定并診斷出來(lái)。然后基于這一理論，相關(guān)學(xué)者在研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在有限拓?fù)涞那闆r下，能夠?qū)⑦@一問(wèn)題通過(guò)編碼理論進(jìn)行有效解決，而且能夠基于這一理論，在有限拓?fù)涞那闆r下構(gòu)建擁有完全分辨能力的傳感器網(wǎng)絡(luò)。此外，其他學(xué)者在進(jìn)行傳感器配置問(wèn)題研究時(shí)，在進(jìn)行目標(biāo)跟蹤網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建時(shí)，先提前設(shè)置了一些先決條件，例如，必須是有線拓?fù)涞?。而在?shí)際的傳感器網(wǎng)絡(luò)使用過(guò)程中，這些設(shè)置的先決條件并不能夠完全滿足，如果這些條件不能滿足，那么對(duì)于構(gòu)造的算法來(lái)說(shuō)，如果想要實(shí)現(xiàn)一些性能指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)是具有較高難度的，尤其是一些規(guī)模比較大的傳感器網(wǎng)絡(luò)。

其實(shí)從本質(zhì)上來(lái)講，傳感器的配置問(wèn)題可以通過(guò)一個(gè)組合優(yōu)化問(wèn)題去解決，根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的不同工作要求，然后構(gòu)造擁有不同要求功能的網(wǎng)絡(luò)。例如，在統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的過(guò)程中，要求傳感器網(wǎng)絡(luò)擁有完全分辨能力以及具有高分辨能力，這兩種不同構(gòu)造方式本身對(duì)于節(jié)點(diǎn)之間的距離要求也具有很大的區(qū)別。在進(jìn)行傳感器配置問(wèn)題解決的過(guò)程中，建設(shè)擁有安全分辨能力的網(wǎng)絡(luò)，主要解決的問(wèn)題是如何將建造成本降低，而對(duì)于具有高分辨率的網(wǎng)絡(luò)來(lái)講，除了需要對(duì)成本問(wèn)題予以解決之外，還需要考慮如何將傳感器的配置位置定位誤差降到最小。

4 依托約束傳播算法解決傳感器配置問(wèn)題

在人工智能及計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中，有許多問(wèn)題都可以歸結(jié)為約束滿足問(wèn)題，例如，在研究領(lǐng)域當(dāng)中出現(xiàn)的機(jī)器視覺(jué)問(wèn)題以及圖像處理問(wèn)題等都可以歸結(jié)為約束滿足問(wèn)題。而這些約束滿足問(wèn)題都可以進(jìn)一步歸納為一組變量和對(duì)應(yīng)每個(gè)變量的有限且離散的值域以及一組約束關(guān)系，對(duì)每一個(gè)約束關(guān)系來(lái)講，都會(huì)在變量結(jié)合的一個(gè)子集上進(jìn)行定義，并且該子集的變量取值組合都已經(jīng)提前規(guī)定。通過(guò)這樣的方式就能夠使約束滿足，問(wèn)題在解決的過(guò)程中能夠找到多種取值方案，使該問(wèn)題當(dāng)中的所有約束關(guān)系都能夠獲得滿足。同時(shí)，為了能夠使約束滿足問(wèn)題解決的復(fù)雜程度降低，引入了約束傳播算法，使問(wèn)題的規(guī)模得到了縮小。在當(dāng)前約束傳播算法對(duì)傳感器配置問(wèn)題進(jìn)行解決的過(guò)程中，以弧一致性算法和路徑一致性算法為基礎(chǔ)的傳播算法已經(jīng)變得越來(lái)越成熟。所以在當(dāng)前針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器配置問(wèn)題進(jìn)行解決時(shí)，為了能夠使最終配置方案達(dá)到最優(yōu)程度，依托約束傳播算法進(jìn)行配置問(wèn)題的求解，已經(jīng)變得越來(lái)越普遍，同時(shí)，在一些其他的社會(huì)領(lǐng)域當(dāng)中，約束傳播算法的應(yīng)用效果良好，對(duì)社會(huì)和科技發(fā)展產(chǎn)生了推動(dòng)作用。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器配置問(wèn)題進(jìn)行了全面剖析，希望能夠給予大家一些啟發(fā)，對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的傳感器配置問(wèn)題來(lái)講，主要目的是解決傳感器網(wǎng)絡(luò)在發(fā)揮檢測(cè)以及監(jiān)測(cè)功能時(shí)能否實(shí)現(xiàn)完全分辨的問(wèn)題，實(shí)際問(wèn)題解決過(guò)程中傳統(tǒng)的問(wèn)題解決方法已經(jīng)漸漸落后，不能夠解決當(dāng)前的成本及網(wǎng)絡(luò)的配置問(wèn)題，所以在本文所論述的內(nèi)容中，結(jié)合當(dāng)前科技發(fā)展水平以及傳感器網(wǎng)絡(luò)配置問(wèn)題解決方案，對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的傳感器配置問(wèn)題解決進(jìn)行了深入探討。但本文所述內(nèi)容仍然具有一定局限性，需要后來(lái)者進(jìn)行不斷研究與探討。

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