matlab势函数的移动无线传感器网络的部署问题研究(2)

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1.2 研究意义

在当今信息技术飞速发展的时代，微电子技术、计算技术和无线通信等技术的进步，推动了低功耗多功能传感器的快速发展，使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，人们可以通过传感器网络直接感知客观世界，从而极大地扩展了现有网络的功能和人类认识世界的能力。无线传感器网络打破了传统的点对点数据信息交互方式，提出了一种崭新的分散信息交换模式，实现了物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。无线传感器网络在环境恶劣、无人职守、资源受限的环境中显示了很大的应用价值，能够客观有效的获取物理信息，具有十分广阔的应用前景，推动了低功耗多功能传感器的快速发展，使其在微小体积内部能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。无线传感器网络是当前国际上备受关注的、运用于多种领域。

（1）军事应用

传感器网络具有可快速部署、可自组织、隐蔽性强和高容错性的特点，因此非常适合在军事上应用。利用传感器网络能够实现对敌军兵力和装备的监控、战场的实时监视、目标的定位、战场评估、核攻击和生物化学攻击的监测和搜索等功能。通过飞机或者炮弹直接将传感器节点播撒到敌方阵地内部，或者在公共隔离带部署传感器网络，就能够非常隐蔽而且近距离准确地收集战场信息，迅速获取有利于作战的信息。传感器网络可以通过分析采集到的数据，得到十分准确的目标定位，从而为火控和制导系统提供精确的制导。传感器网络已经成为军事C4ISRT系统必不可少的一部分，受到军事发达国家的普遍重视，各国均投入了大量的人力和财力进行研究。美国DARPA很早就启动了Sens IT计划。该计划的目的就是将多种类型的传感器、可重编程的通用处理器和无线通信技术组合起来，建立一个廉价的无处不在的网络系统，用以检测化学、声学、震动、磁场、湿度、无染、毒物等信息。）文献综述

（2）环境监测和预报系统

传感器网络在环境研究方面可以用于监视农作物灌溉情况、土壤空气情况，也可以用于行星探测、气象和地理研究、洪水监测等，还可以通过跟踪鸟类、小型动物和昆虫进行种群复杂度的研究等。基于传感器网络的ALERT系统中就有数种传感器用来监测降雨量、河水水位和土壤水分，并依此监测爆发山洪的可能性。类似地，传感器网络可实现对森林环境监测和火灾报告，传感器节点被随机密布在森林之中，平常状态下定期报告森林环境数据，当发生火灾时，这些传感器节点通过协同合作会在很短的时间内将火源的具体地点、火势的大小等信息传递给相关部门。

（3）空间探索

探索外部星球一直是人类梦寐以求的理想，借助于航天器布撒的传感器网络节点实现对星球表面长时间的监测，应该是一种经济可行的方案。美国国家航空和宇宙航行局（NASA）的JPL实验室研制的Sensor Wabs就是为将来的火星探测进行技准备的，已在佛罗里达宇航中心周围的环境检测项目中进行测试和完善[1,2,3]。

总之，无线传感器网络是继Internet之后的IT热点技术，具有广阔的应用前景，将对21世纪人类的活动产生巨大的影响，研究无线传感器网络的意义重大而深远。

1.3 国内外研究发展和现状

最早的传感器网络出现在上个世纪七十年代，将传统的传感器采用点对点传输连接传感控制而构成传感器网络，称之为第一代传感器网络。在国外Gage在1992年首先提出了覆盖的概念并用它来评价多机器人系统的性能。他把网络覆盖分为3类：毯式覆盖、障碍覆盖和扫描覆盖[4]。Khatib首先在机器人领域引入了人工势场法进行实时避障的研究。这种方法是假设障碍物都发出排斥力，同时目标点发出吸引力。障碍物越近，斥力越大，反之，斥力越小。目标点的引力一般都设定为一个常量。这样就会形成一个人工势能场，机器人根据斥力和引力的合力移动。此后，这种方法被广泛应用于移动机器人的局部导航与路径规划中[5]。Howard等在2002年首先提出用人工势场法进行移动传感器网络的自部署。虚拟势场中的每个节点都受到环境障碍物及其它节点的斥力，从高势能态转移到低势能态，就像静电场中带电粒子的运动一样，迫使网络在环境中扩散开来[6]。Poduri等在此基础上，引入了节点度的概念，即在利用人工势场法进行移动传感器网络的自部署时，通过加入约束条件，以尽量确保每个节点在2维平面无障碍环境中都有最小预定数目的邻节点[7]。Nojeong等在最近的相关工作中通过模拟微观世界里的分子平衡机制，提出了端到端模式的白部署算法。该部署算法的实质仍然是要依靠节点间的虚拟斥力，而其目标是从2维平面无障碍环境下的非均匀分布达到某种均匀分布[8]。