WSN在倉儲環境中的節點部署

孟慶蕾

將節點部署在監測區域時，要按照實際監測區域情況采取相應的部署方式，如飛機撒播、炮彈撒播、人為布置、機器布置。在進行節點部署時，也要考慮傳感器節點監測對象的實際情況，采取相應的監測策略，如點覆蓋、網格覆蓋、柵欄覆蓋。將傳感器節點按照一定方式部署在監測區域后，還需要一些評價指標來判別節點部署情況，如覆蓋度、覆蓋盲區、覆蓋重數、覆蓋均勻度、連通性、連通重數。

一、節點部署方式

在無線傳感器網絡中，按照節點部署方式分為隨機部署型、確定部署型、具備移動能力型。

（一）隨機部署型

隨即部署通常采用飛機或者炮彈隨機將大量傳感器節點播撒在監測區求的不同，有3種節點部署方式：隨機部域內。這種部署方式的優點是成本低，可操作性強，適用于惡劣環境或者人工難以到達的地方，還有大規模的傳感器網絡也采用這種方式。隨即部署方式簡單易行，當前狀態下，大多數傳感器網絡的節點都采用隨即部署的方式。然而隨即部署可能導致某些區域節點密度過高有些區域節點布置地過于稀疏，造成網絡資源不平衡，網絡不能完全覆蓋，網絡的連通性也不好。

（二）確定部署型

在部署節點之前，預先設計好部署算法，按照算法計算出每個節點的確切部署位置，再通過機器或者人工的方式將節點固定好。部署算法的目的是對監測區域實現完全覆蓋。適合確定部署方案的環境必須為人們所已知，相應網絡規模小。確定型部署方式構成的傳感器網絡，一般具有覆蓋度好，連通性強，網絡性能很高的特點。但由于要事先非常熟悉環境，且規模不是特別大的環境才符合，所以當前只有少數傳感器網絡使用確定部署。

（三）具備移動能力型

這樣構成的網絡是由許多攜帶傳感器的移動機器人構成的分布式傳感器網絡。具備移動能力，是指攜帶傳感器的機器人有移動能力。移動機器人之間通過無線通信方式連接，彼此行動也通過無線通信進行協調。這時的每一個網絡節點不再是一個簡單地傳感器節點而是具有移動能力的傳感器機器人，每個網絡節點都既有傳感器特點又具有機器人特點。傳感器特點是指采集信息，計算，存儲，通信；機器人特點是指無線通信和自移動能力。機器人節點構成的網絡有一個顯著的特點就是節點位置非常容易發生變化，網絡拓撲動態變化快。與一般傳感器網絡不通，移動傳感器網絡需要解決新的問題：如移動機器人技術、機器人間通信技術、多目標跟蹤技術等。

倉儲環境是特定的一種應用環境，具有現實中不輕易移動，是封閉規則空間的特點。倉庫面積一般在10000平方米，在無線傳感器網絡中屬于中等偏大的環境。但由于倉庫內的環境是安全易于測量去，且倉庫內不需要傳感器節點頻繁移動位置，故優先考慮確定型部署方式。這種部署方式按照算法計算結果將節點布置在精確的位置上，滿足完全覆蓋，維持高連通性，優化網絡性能，使無線傳感器網絡處于最佳狀態。

二、節點部署算法

對應監測區域內覆蓋的對象不同，節點覆蓋的方式也不一樣。按照監測區域覆蓋對象不同，節點算法被分為3類，分別是：基于點覆蓋，網格覆蓋，柵欄覆蓋的節點部署算法。

（一）點覆蓋

點覆蓋是指在監測區域內認為需要監測的對象為有限的離散點。只有這種情況才適合使用點覆蓋。點覆蓋不關心網絡的所有區域，只關心監控區域內的目標節點。通常的做法是在目標節點附近布置傳感器節點，為確保節點覆蓋度，每個目標點都至少被一個傳感器節點覆蓋。點覆蓋問題需要確定覆蓋這些有限點所需的最少節點數以及節點布置位置。如何確定最少節點數以及節點位置一般采用傳統的線性規劃，很少涉及節點之間的連通性。研究點覆蓋問題一般采用單目標優化方法或多目標優化方法，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，卻不能達到。

（二）網格覆蓋

網格覆蓋又稱為區域覆蓋，是指用二維網格或者三維網格來劃分監測區域，并在網格的某點布置傳感器節點。當前對傳感器網絡基于網格劃分的網格一般為規則的多邊形，如三角形，正方形，矩形，六邊形等。根據網格形狀的不同，網格多邊形可分方形網格和菱形網格。

網格覆蓋可實現對監測區域無盲點覆蓋，與點覆蓋不同，網格覆蓋必須實現對監測區域的完全覆蓋，其中節點的位置分布也可以精確地由算法算出。傳感器網絡在不同領域的應用，對節點覆蓋的要求也不一樣。多重覆蓋能較單重覆蓋有更強的容錯能力和更高的魯棒性，所獲得的數據精確度也越高。

（三）柵欄覆蓋

柵欄覆蓋所關注的是移動物體在穿越監測區域時如何能被有效識別。柵欄覆蓋在從初始位置到重點位置之間布置傳感器節點前必須找到一條或多條路徑，當有移動物體穿越時可以有效檢測到。當要求有k個傳感器節點覆蓋路徑時，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。基于最大突破路徑和最大支持路徑的研究主要針對目標能被傳感器節點感知到的感應強度進行研究，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物體穿越監測區域的時間，因此比前者更實用。

（作者單位：北京物資學院）