A.无线传感网络设计问题
大气污染所引起的地球气候异常,导致地震、旱灾等自然灾害频频发生,给人民的生命财产造成巨大损失。因此,不少国家政府都在研究如何有效监测自然灾害的措施。在容易出现自然灾害的重点地区放置高科技的监视装置,建立无线传感网络,使人们能准确而及时地掌握险情的发展情况,为有效地抢先救灾创造有利条件。科技的迅速发展使人们可以制造不太昂贵且具有通讯功能的监视装置。放置在同一监视区域内的这种监视装置(以下简称为节点)构成一个无线传感网络。
如果监视区域的任意一点都处于放置在该区域内某一节点的监视范围内,则称节点能覆盖该监视区域。研究能确保有效覆盖且数量最少的节点放置问题显然具有重要意义。
图1 无线传感网络覆盖示意图
图1中,叉形表示一个无线传感网络节点,虚线的圆形区域表示该节点的覆盖范围。可见,该无线传感网络节点完全覆盖了区域B,部分覆盖了区域A。
网络节点间的通信设计问题是无线传感器网络设计的重要问题之一。如前所述,每个节点都有一定的覆盖范围,节点可以与覆盖范围内的节点进行通信。但是当节点需要与不在其覆盖范围内的节点通信时,需要其它节点转发才可以进行通信。
图2 无线传感网络节点通信示意图
图2所示,节点C不在节点A的覆盖范围之内,而节点B在A与C的覆盖范围之内,因此A可以将数据先传给B,再通过B传给C。行成一个A-B-C的通路。
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在一个监视区域为边长b=100(长度单位)的正方形中,每个节点的覆盖半径均为r=10(长度单位)。在设计传感网络时,需要知道对给定监视区域在一定的覆盖保证下应放置节点的最少数量。对于上述给定的监视区域及覆盖半径,确定至少需要放置多少个节点,才能使得成功覆盖整个区域的概率在95%以上?