传感器网络中的传感器配置问题研究

李瑞正

【摘  要】论文主要对传感器网络当中的传感器配置问题进行论述与研究，对当前信息研究领域当中传感器网络的特点进行探讨，然后就当前大规模以及超大规模传感器网络节点配置问题的相应解决方法进行论述。论文结合一些算法和方法，对其解决传感器配置问题的可行性进行论述。

【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.

【关键词】传感器网络;传感器配置;问题;方法

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

【中图分类号】TP212.9                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）02-0188-02

1 引言

传感器网络技术是当前社会背景下最重要的技术之一。传感器网络是由相互连接而且智能的传感器所组成的，在连接的过程中可以通过无线方式进行信息传输，或者依靠互联网从而形成网络结构。对于传感器来讲，可以在地面以及空中或者是水下进行分布以及使用，所以对于当前的日常生活、城市运转和环境监测与控制等工作发挥了非常重要的作用。所以在本文所論述的内容中，就当前传感器网络建设时存在的一些配置问题进行深入探讨。

2 传感器配置问题概述

对于传感器网络来讲，如果规模比较大，那么面临的最主要的问题就是在一些给定的区域，如何对传感器的数量以及配置位置进行确定，从而使信息获取的效率能够得到提升。在这种模式下，传感器的配置能够保证传感器的网络正常，在拥有全面覆盖率和分辨率的情况下，使某项指标能够达到最优或者是接近最优的状态。对于分布式的传感器网络来讲，就传感器如何进行配置而言，所采取的策略能够将网络的成本降到最低，这是最需要关注的问题。所以，对于传感器的配置策略来讲，需要将传感器网络分为两种：第一种是随机放置的网格状，如果传感器所处的环境本身是未知的，那么只能通过随机放置的方法来完成传感器的网络配置;第二种情况就是，如果传感器所监测的对象已经确定，而且对监测对象的特性已经明确，那么就可以将整个监测环境划分为特定的网格，然后将传感器在这些网格节点上进行配置，在进行位置配置的过程中，放置策略将会对最终的传感器监测效果和网络特性产生直接影响。

对于传感器来讲，在工作过程中，对于传感器所监测的区域，如果经过了特殊的处理，那么可以将整个监测区域分为二维或者是三维的网格，在网格当中组成网络的传感器就可以在网格的节点上进行任意放置。所以，就可以进行一个假设，假设存在一个覆盖模型，如果某节点和传感器之间的距离比传感器的监测半径小，那么这一节点就是被传感器监测所覆盖的节点，相反就是非覆盖节点。所以对于传感器网络来讲，如果当前所有的网格节点都能够被至少一个传感器所覆盖，那么该传感器网络本身就已经实现了完全覆盖。

3 传感器配置问题的建模与解决

在一般情况下，通过传感器所组成的网络能够发挥监测以及检测等多项功能，在不同功能发挥过程中，会选择拥有多种监测范围和检测能力以及价格等都不相同的传感器，所以，对于传感器网络来讲，在监测过程中如果选择监测范围比较大的传感器，那么相应的价格成本也会提升，所以受到成本的限制，有一些传感器在使用过程中会受到约束;如果在监测过程中选择监测范围比较小的传感器，那么传感器的数量就会增加。所以在进行传感器配置的过程中，需要拥有最优的配置策略，从而使传感器的配置成本降低，而且也能够保证监测和检测结果的准确性。在现有的研究工作当中，主要对几类覆盖问题进行了研究，并提出了相应的解决方案。例如，采取Exposure对临界密度进行了研究，从而确定完全覆盖时所需要的传感器数量。再如，通过分布式自散步算法，对可移动传感器动态配置过程中的问题进行了解决。通过应用覆盖分析方法，以节点探测范围为出发点，对单位圆盘覆盖以及非单位圆盘覆盖这两类问题进行解决。

对于传感器的配置问题来讲，在一些特定的情境下相当于是艺术馆的警报设置问题，在警报设置过程中，每一个警报器会根据自身所处的位置不同以及朝向不同发挥相应的监测作用及覆盖相应的监测范围，所以本身和传感器具有相同之处。对艺术馆来讲，配置警报器的方案需要保证整个报警监测系统当中的任意一个警报器失效时都能够及时被确定并诊断出来。然后基于这一理论，相关学者在研究的过程中发现在有限拓扑的情况下，能够将这一问题通过编码理论进行有效解决，而且能够基于这一理论，在有限拓扑的情况下构建拥有完全分辨能力的传感器网络。此外，其他学者在进行传感器配置问题研究时，在进行目标跟踪网络构建时，先提前设置了一些先决条件，例如，必须是有线拓扑等。而在实际的传感器网络使用过程中，这些设置的先决条件并不能够完全满足，如果这些条件不能满足，那么对于构造的算法来说，如果想要实现一些性能指标的目标函数是具有较高难度的，尤其是一些规模比较大的传感器网络。

其实从本质上来讲，传感器的配置问题可以通过一个组合优化问题去解决，根据传感器网络当中的不同工作要求，然后构造拥有不同要求功能的网络。例如，在统计网络构造的过程中，要求传感器网络拥有完全分辨能力以及具有高分辨能力，这两种不同构造方式本身对于节点之间的距离要求也具有很大的区别。在进行传感器配置问题解决的过程中，建设拥有安全分辨能力的网络，主要解决的问题是如何将建造成本降低，而对于具有高分辨率的网络来讲，除了需要对成本问题予以解决之外，还需要考虑如何将传感器的配置位置定位误差降到最小。

4 依托约束传播算法解决传感器配置问题

在人工智能及计算机科学领域当中，有许多问题都可以归结为约束满足问题，例如，在研究领域当中出现的机器视觉问题以及图像处理问题等都可以归结为约束满足问题。而这些约束满足问题都可以进一步归纳为一组变量和对应每个变量的有限且离散的值域以及一组约束关系，对每一个约束关系来讲，都会在变量结合的一个子集上进行定义，并且该子集的变量取值组合都已经提前规定。通过这样的方式就能够使约束满足，问题在解决的过程中能够找到多种取值方案，使该问题当中的所有约束关系都能够获得满足。同时，为了能够使约束满足问题解决的复杂程度降低，引入了约束传播算法，使问题的规模得到了缩小。在当前约束传播算法对传感器配置问题进行解决的过程中，以弧一致性算法和路径一致性算法为基础的传播算法已经变得越来越成熟。所以在当前针对传感器网络中的传感器配置问题进行解决时，为了能够使最终配置方案达到最优程度，依托约束传播算法进行配置问题的求解，已经变得越来越普遍，同时，在一些其他的社会领域当中，约束传播算法的应用效果良好，对社会和科技发展产生了推动作用。

5 结语

综上所述，本文对传感器网络中的传感器配置问题进行了全面剖析，希望能够给予大家一些启发，对于传感器网络当中的传感器配置问题来讲，主要目的是解决传感器网络在发挥检测以及监测功能时能否实现完全分辨的问题，实际问题解决过程中传统的问题解决方法已经渐渐落后，不能够解决当前的成本及网络的配置问题，所以在本文所论述的内容中，结合当前科技发展水平以及传感器网络配置问题解决方案，对传感器网络当中的传感器配置问题解决进行了深入探讨。但本文所述内容仍然具有一定局限性，需要后来者进行不断研究与探讨。

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