无线传感器网络覆盖问题研究(2)
2.覆盖问题
2.1相关概念
2.1.1无线传感器网络
无线传感器网络综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术，能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳的网络方式传送给观察者。
图1 无线传感器网络体系
传感器网络系统一般包括传感器节点、汇聚节点和管理节点这三大部分，传感器网络体系结构如图1所示。传感器节点随机部署在监测区域内部或附近区域，其能够通过自组织方式构成网络。传感器节点能够将监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输出去，并每个节点都可以收集数据，经过多跳路由方式把数据发送到汇聚节点，同样汇聚节点也可以用同样的方式将数据发送到传感器节点，最后汇聚节点通过互联网或卫星到达管理节点，用户通过管理节点对传感器网络进行分配和处理。
2.1.2无线传感器网络节点的基本结构
传感器网络节点的组成和功能主要包括如下四个基本单元：由传感器和模数转换功能模块组成的传感单元；由嵌入式系统（包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等）构成的处理单元；由无线通信模块组成的通信单元；及能量供应模块例如电源部分[7]。
图2 传感器节点的结构图
处理器单元是控制中心，控制整个传感器节点的操作，存储、处理自身感应和其他节点传送的数据；传感器单元在监测区域内采集信息并进行数据转换；通信单元负责与其他的传感器节点进行通信，交换控制信息和收发采集数据；电源为各单元提供能量，其结构如图2所示。
2.1.3覆盖概念
传感器节点的感知、节点的覆盖、时间等的相关知识都是网络覆盖的基础知识，在一定程度上可以判断对网络的性能。
(1)感知
网络覆盖中的感知包括感知范围，感知概率，感知精度。
感知范围是单个传感器节点所能感知的物理世界的最大范围，称为节点的感知范围，有时也称为节点的覆盖范围或节点的探测范围。节点的硬件决定了感知范围的大小，网络覆盖的研究中，通过节点感知模型来确定感知范围。
感知概率是指在目标在覆盖区，监测对象被节点或者网络感知的可能性。其与监测对象被节点或者网络漏检的可能性相反。于是感知概率与覆盖算法中的节点的感知模型相关。
感知精度是节点的感知精度是指节点采集的被监测对象的信息的准确程度，一般用节点感知数据与物理世界真实数据的比值表示。
(2)覆盖
网络覆盖中的覆盖包括覆盖程度，覆盖重数，覆盖效率和覆盖时间。
覆盖程度是所有节点覆盖的总面积与目标区域总面积的比值是为了衡量网络覆盖区域覆盖的质量。
覆盖重数是表示某个区域覆盖的冗余程度，如果这个区域在K个节点的感知范围之内，那么它的覆盖重数就是K，覆盖重数有时也成为覆盖次数。
覆盖效率是节点的有效覆盖范围的并集与所有节点覆盖范围之和的比值，是衡量节点覆盖范围的利用率。
覆盖时间是指目标区域被完全覆盖或者跟踪时，所有工作节点从启动到就绪所需要的时间。