三维无线传感器网络综述
无线传感器网络相对定位算法综述
无线传感器网络相对定位算法综述苏进，李永战，冯贤文北京邮电大学自动化学院，北京 （100876）E-mail：sujin892@摘 要：相对定位算法无需事先布置信标节点的特点适用于对节点硬件成本和能耗，以及节 点分布等方面有限制的无线传感器网络。
综合分析了现有典型的相对定位算法， 通过对算法 在通信量、 定位覆盖率和定位精度三个方面进行综合分析比较， 说明了各算法的特点以及适 合的应用领域。
通过 NS-2 网络仿真工具对比了算法在不同节点网络拓扑结构下的性能指标， 并针对具体应用环境提出了算法的改进方案和未来发展方向。
关键词：无线传感器网络，相对定位算法，NS-2 中图分类号：TP3931. 引言定位技术是无线传感器网络中的支撑技术，缺少位置数据的信息往往是没有意义的[1]。
随着无线传感器网络向节点数量多， 铺设范围广， 基础设施简单和硬件成本低的方向发展[2]， 如何在减少节点硬件组件， 算法实现简单的同时获得相对准确的定位信息已成为主要研究的 课题之一。
现有定位算法根据定位过程中是否需要使用已知位置的信标节点， 分为绝对定位 算法和相对定位算法[3]。
前者一般是在待测区域事先布置一定比例的锚节点，这些节点通过 GPS[4]或是其他方法已得知自身绝对坐标，其余的未知节点通过与这些信标节点通信获得自 身坐标。
相对定位算法则完全不需要事先布置信标节点，通过算法制定的方案，选取一定数 量的未知节点建立相对坐标， 其余的节点通过节点之间的协作关系和消息传输获取自身在相 对坐标系中的相对位置实现定位[5]。
相对定位算法无需信标节点和基础设施，硬件成本低， 并且不会受到复杂环境对远距离信号传输的影响， 适合于对节点硬件， 能耗以及环境适应性 有很高要求的无线传感器网络应用。
2. 定位算法分析在无线传感器网络中， 节点定位一般包括三个部分： 距离测定、 位置计算和定位过程[6]。
(1) 距离测定：就是获得两个节点之间距离的方法，可分为基于测距和无需测距。
无线传感器网络综述
器 和 一 个 较 小 的 存 储 器 ， 感 应 单 元 送 来 的 数 据 进 行 简 单 对
处 理 与 必 要 的 存 储 ． 调 节 点 之 间 的配 合 ． 成 网 络 分 配 的 协 完 任 务 。 发 单 元 负 责 节点 与 网 络 的 沟 通 。电源 单 元 在 传 感 器 收 节 点 中 占有 很 重 要 的 地 位 ． 常 由 一 次 性 电 池 构 成 ． 责 节 通 负
陶 晓 艳 ／无 线 传 感 器 网 络 综 述
传 感 器 节 点 通 常 是 一 个 微 型 的 嵌 入 式 系 统 ． 带 不 具 携
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而在一些 特殊 的应 用中， 节点 数 量 可 能 会 达 到 数 以 百 万 计 。 传 感 器 网 络 的 设 计 需 要 考 虑 在 这 种 大 容 量 网 络 中仍 能 正 常 工作 ， 分 利 用 传 感 器 网络 的 高 密度 性 。根 据 不 同 的应 用 需 充
１ 传 感 器 节点 组 成 结 构 ． １
一
若 干 跳 后 传 送 到 汇 聚 节 点 ， 后 通 过 互 联 网或 卫 星 电 路 到 最 达 控 制 节 点 或 管 理 台 。 理 台 分 析 网 络 传 回 的 数 据 ． 握 网 管 掌 络 动 态 、 测 区 域 相 关 信 息 ． 网 络 进 行 管 理 ， 置 并 发 布 监 对 配
新的监 测任 务。
个 传 感 器 节 点 由感 应 单 元 数 据 处 理 单 元 收 发 单
无线传感器网络应用技术综述
无线传感器网络应用技术综述摘要：传感器被越来越多地布置到实际的网络环境中，用于实现某些应用。
无线传感器网络已经成为了科学研究领域最前沿的课题之一，引起了工业界和学术界众多研究者的关注。
通过总结相关方面的工作，综述在不同领域中无线传感器网络的实际应用，并对具体应用的一些重要特性进行分析，在此基础上提出若干值得继续研究的方面。
关键词：无线传感器；网络应用一、无线传感器网络简介随着微机电系统的迅速发展，片上系统SoC(System on Chip)得以实现，一块小小的芯片可以传递逻辑指令，感知现实世界，乃至做出反应。
无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)，这一由大量具有片上微处理能力的微型传感器节点组成的网络，引起了工业界和学术界众多研究者的关注。
传统的传感器网络通常由两种节点：传感器节点(sensor)和接收器节点(sink)组成。
传感器节点负责对事件的感知和数据包的传输；接收器节点则是数据传输的目标节点，一般具有人机交互界面，并可以接入其它类型的网络体系。
传感器网络以其低成本、低功耗的特点，在军事、环境监测、医疗健康等领域都有着广泛的应用。
在本文中，对大量现有无线传感器和无线传感器网络的应用进行分析，从节点移动性、节点互联方式、网络数据规模、网络分层结构等方面进行分析和比较。
并在此基础上，提出若干值得继续研究的方面，为挖掘传感器网络新的应用打下基础。
二、无线传感器网络的特点目前常见的无线网络包括移动通信网、无线局域网、蓝牙网络、ad hoc网络等，与这些网络相比，无线传感器网络具有以下特点：（1）硬件资源有限。
节点由于受价格、体积和功耗的限制，其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。
这一点决定了在节点操作系统设计中，协议层次不能太复杂。
（2）电源容量有限。
网络节点由电池供电，电池的容量一般不是很大。
任何技术和协议的使用都要以节能为前提。
（3）自组织。
无线传感器网络的研究内容综述
无线传感器网络的研究内容综述摘要：无线传感器网络具有广泛的应用前景，且能够实现多种功能，因而是当前学术研究的一个重点领域。
本文介绍了无线传感器网络的体系结构和组网特点，详细分析了当前无线传感器网络中各层次的通信协议。
关键词：无线传感器网络体系结构组网特点通信协议1 无线传感器网络结构无线传感器网络的典型结构为自组多跳网络。
该网络中的节点同时具有传感、信息处理以及无线通信功能，每个节点通过多跳路由连接到无线网关，通过无线网关实现与监控终端的通信。
鉴于节点的属性限制，其通信距离较短，因此必须使用多跳路由，且节点数量要多，分布要密集。
2 无线传感器网络特点无线传感器网络具有如下几方面特点。
①硬件功能有限。
由于节点体积较小、价格相对低廉且要求运行的功耗较低，故其在性能方面要比通用的计算设备差很多。
②续航时间有限。
该方式为电池供电，且节点体积较小，分部环境较复杂，因而无法为电池充电或者为节点更换电池，一旦能源消耗完毕，该节点也就死亡，因此在传感器网络的设计中，一切以节能为前提。
③自组织性。
无线传感器网络的覆盖都是由节点自助完成的，不需要依赖任何支撑网络设施。
④无中心性。
网络中所有节点都是相对独立和平等的，任意节点的离开或加入都不会影响整个网络的运行。
⑤多跳路由。
无线传输网络中的节点只能在小范围内进行通信，因而若希望实现与网关或者外围监控终端的通信则必须通过其他节点进行路由实现。
⑥节点数量庞大，网络分布密集。
在某一区域进行无线传感器网络部署时需要使用大量的节点来维持网络的容错性和抗毁性。
3 无线传感器网络协议层次无线传感器网络的通信协议主要分为物理层、链路层、网络层和传输层。
对于这些协议需要进行具体讨论，现有的如ieee802.1x协议无法在无线传感器网络中应用。
3.1 物理层物理层的主要作用为产生载波对所需传输的数据进行调制与解调。
当前时期对物理层节点的设计思路主要有两种，一种为使用mems和集成电路技术等对节点的微处理器、传感器等模块进行设计；另一种为使用现有的商业元器件进行节点构建。
三维定位论文：无线传感器网络节点三维定位算法研究
三维定位论文：无线传感器网络节点的三维定位算法研究【中文摘要】无线传感器网络一般是由大量的传感器节点组成的自组织无线网络,是当前的研究热点之一。
对于大规模无线传感器网络,通过人工测量或者配置的方式来获得节点位置信息的方法往往不可行。
因此,需要研究节点的自身定位技术。
迄今为止,研究人员根据各种应用需求,提出了多种无线传感器网络的定位方法,主要包括基于测距的定位方法和免于测距的定位方法。
但这些方法大多是针对二维定位,有关三维环境下定位方法的研究比较少。
本文首先介绍了无线传感器网络定位的基本概念,然后分析讨论了三维定位算法的影响因素以及性能评价标准,并重点分析了两种典型的基于测距的无线传感器网络三维定位算法：四边测量定位法和最小二乘法。
在此基础之上,本文提出了两种新的三维定位算法：基于BFGS优化的无线传感器网络三维定位算法和基于粒子群优化的无线传感器网络三维定位算法。
基于BFGS优化的无线传感器网络三维定位算法通过定义新的三维定位目标函数,将定位问题转化为无约束极值问题,将传统的BFGS 优化方法成功有效地应用于三维定位。
仿真实验表明该算法的定位精度高于最小二乘定位法,低于基于粒子群优化的无线传感器网络三维定位算法；定位时间少于基于粒子群优化的无线传感器网络三维定位算法,多于最小二乘法。
基于粒子群优化的无线传感器网络三维定位算法根据测量值与测量误差成正比的关系,采用距离倒数加权定义了三维定位目标函数,利用粒子群优化方法对新定义的目标函数进行优化求解。
并且在测量方程的求解过程中,选取其中距离最小的方程作为公共的降次方程对测距方程进行降次处理,实验证实这样可以有效地减小定位误差。
最终的实验表明,与四边测量定位法、最小二乘法、基于BFGS优化的无线传感器网络三维定位算法和基本的PSO定位算法相比,该算法的定位精度最高,但定位时间最多。
此外,还通过实验验证了信标节点的数目和分布对定位精度的影响：即随着信标节点的数增多,定位精度越来越高,但当信标节点的数目足够多之后,定位精度的变化曲线趋于平坦；与信标节点随机分布相比,信标节点处于边缘分布时的定位精度更高。
无线传感网络综述
1、无线传感网络简介无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Network）是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区中观察者感兴趣的感知对象的各种信息（如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象），并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，通过无线网络最终发送给观察者。
2、无线传感网络的特点1）硬件资源有限：节点由于受价格、体积和功耗的限制，其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。
这一点决定了在节点操作系统设计中，协议层次不能太复杂。
2）传感节点数目多、易失效：根据应用的不同，传感器节点的数量可能达到几百万个，甚至更多。
此外，传感器网络工作在比较恶劣的环境中，经常有新节点加入或已有节点失效，网络的拓扑结构变化很快，而且网络一旦形成，人很少干预其运行。
因此，传感器网络的硬件必须具有高强壮性和容错性，相应的通信协议必须具有可重构和自适应性。
3）通信能力有限：考虑到传感器节点的能量限制和网络覆盖区域大，传感器网络采用多跳路由的传输机制。
传感器节点的无线通信带宽有限，通常仅有几百kbps 的速率。
由于节点能量的变化，受高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响，无线通信性能可能经常变化，频繁出现通信中断。
4）电源能量有限：网络节点由电池供电，电池的容量一般不是很大。
其特殊的应用领域决定了在使用过程中，不能给电池充电或更换电池，一旦电池能量用完，这个节点也就失去了作用。
因此在无线传感器网络设计过程中，任何技术和协议的使用都要以节能为前提。
5）以数据为中心是网络的核心技术：对于观察者来说，传感器网络的核心是感知数据，而不是网络硬件。
例如，在应用于目标跟踪的传感器网络中，跟踪目标可能出现在任何地方，对目标感兴趣的用户只关心目标出现的位置和时间，并不关心哪个节点监测到目标。
以数据为中心的特点要求传感器网络的设计必须以感知数据管理和处理为中心，把数据库技术和网络技术紧密结合，从逻辑概念和软、硬件技术两个方面实现一个高性能的以数据为中心的网络系统，使用户如同使用通常的数据库管理系统和数据处理系统一样自如地在传感器网络上进行感知数据的管理和处理。
无线传感器网络多维定标算法综述
的欧式距离可 以得到一个等级值 ， 该值的意义为 ， 如 是通过构 建６ ； 和ｄ ； ； ｏ 的单 调 回归关 系时产生的 。６ ． 和ｄ ． ． ｏ 必须满 足弱单调性要求 ：
对于任意ｉ ， ｊ ，ｋ ，ｌ ，如果有６ ； ； ＜ 则 ＜ 。为了得到 可以采用一 种近似方法，例如Ｐ Ａ Ｖ（ ｐ ｏ ｏ ｌ ａ ｄ ｊ ａ ｃ ｅ ｎ ｔ ｖ ｉ ｏ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ） 算法 。Ｐ Ａ Ｖ 算法 的过程 为 ，首先 由相异 （ 似） 性用６ ． ． 的最小值 开始 ， 把邻 近的 与每一个 ；
＿ ， 可 以 得 到 矩 阵 Ｄ 和 矩 阵 Ｂ 的
对 ｄ ； ＝ｘ ｘ ｜ ＋ ｘ ｆ ｘ ｉ 一２ Ｘ ｘ ｜ ＝ｂ ＋ｂ 一２ ｂ （ ２ － ２ ） 矩阵Ｄ ｚ 二次 中心化 ， 即对相应的坐标矩阵ｘ中心化 ，使得
∑６ ， ＝ ０ ， 即 Ｉ ∑∑ ＝ 音 ∑６ ， 由 此 可 推 导 出 式 ２ — ３ ：
ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｌ ＝ 或者 ｓ ｔ ｒ ２ ： （ ３ — １ ）
离公式得到距离平方矩阵Ｄ ２ ＝ ［ ｄ ． ］ ，如式２ — １ 所示 ：
＝
∑ Ｐ （ 一 ） ： （ 《 ２ — ２ Ｘ ｊ ｋ ） （ ２ － １ ）
一
ｌ
，
关系
嘉 篓 盟’
Ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ＝ Ｙ ， （ ｆ （ ６ ｉ ） － ｄ ） ２
二、基于Ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ＭＤＳ 帕定位算法
假设有ｎ 个对 象点 ， 对应 的节点坐标为ｘ ＝ （ ｘ ． ’ ｘ １ ， …， ） ，其 中ｘ 是 一 个ｎ × ｐ 的矩阵 ，表示ｎ 个节点的Ｐ 维坐标 ，Ｐ ＝ ３ 。任意两个节点 间的距 离 已经获得 ，则可以得到距 离矩 阵Ｄ ＝ 】 是一个ｎ × ｎ 的方阵 ，表示点） 【 ＝
无线传感网发展综述
外 ， 以选择的其它功 能单元包括 ： 可 定位 系统 、移动系统 以及 电
源自供电系统等。
三 无线传感 网分层结构
与 互 联 网 协 议 框架 类似 ，无线 传 感 器 网络 的 的协 议 框 架 也
上通 用的传输层协议 。但无线传感器网络的资源受限、高锚 误
任
移
由
率 、拓 扑 结 构 动态 变化 的特 点 将 严 重 影 响 Ｔ Ｐ协 议 的 性 能 。 Ｃ
传器块 感模
厂… … … … … … Ｉ
图 １ 无 线 传 感 器 网络 体 系结 构
收 稿日期
２ ０８ １ —１ ０ — ０ ９
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如图１ 所示 ，无线传感器 网络是 由多个 带有传感器 数据 处理单元及通信 模块 的节 点根据数据采集任务的需求 自组织而 成的网络 。 其任务 是从环境 中采 集用户感兴趣 的数据 ， 数据源 节点负责数 据的采集 ， 所采集到 的数据通过 多个中间节点转 发 以多跳 方式传递给 数据接收者 （ ｉｋ ，通常数据 在经过 中间 Ｓｎ ） 节点时 ， 需要一定 的处理 去除冗余性提取 有用信息 。按 照应
对象一般通过表示物理现象 、化学现象或其他 现象的数字量来
表征 。其 工 作 模 式 如 图 １ 示 。 所
（） ３ 节点在电池能量、计算能力和存储容量等方面有限制 。
（） ４ 拓扑 结构 变化 很 快 。 （） ５ 以数 据 为 中心 （ａ ｅ ｔｃ 。 Ｄ ｔ ｃｎ ｉ） ａ ｒ
无线传感器网络应用综述
１ 无 线传 感器 网络 的 系统 架 构
１１ 传 感 器 节点 结 构 ． 发单元和电源 ， 图 １ 示 。 如 所
２５ 广播 通 信 ： Ｎ 主要 使 用 广 播 通 信 模 式 ， 不 是 传 统 通 信 网络 的 ． ＷＳ 而
点 对 点模 式 。 ２６ 多跳 路 由 ： 点 的 通 信 距 离 有 限 ， 常 只 能 与 它 的 邻 居 节 点 直 接 ． 节 通
科技信息
０Ｉ Ｔ论坛０
Ｓ ＩＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｆ Ｒ Ａ Ｉ Ｎ ＣＥ Ｃ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ Ｎ Ｏ Ｍ ＴＯ Ｉ
２１年 ００
第 ３ 期 ３
无线传感器网络应用综述
裴 莉 （ 西北 政法 大学经 济 管理 学院 陕西
西安
－ ０６ ） ／ ０ ３ １
【 摘 要】 无线传感 器网络是一种新型网络 ， 为一种全新的信 息获取和处理技 术 ， 作 具有广泛的应 用范围， 例如远程环境监测和 医疗健康等
பைடு நூலகம்３ 无线 传 感 器 网络 的 应 用 领域
３１ 军事 应 用 ：早 在 ２ ． ０世 纪 ９ Ｏ年 代 美 国就 开 始 了 传 感 器 网 络 的 军 事应 用研 究 工 作 。ＷＳ Ｎ非 常 适 合 应 用 于 恶 劣 的 战 场 环 境 中 ， 能够 实 现
图 １ 传 感 器 节 点 结构
监测 敌 军 区域 内的 兵 力 和 装 备 、 时 监 测 战 场 状 况 、 位 目标 物 、 测 实 定 监 核攻 击 或 者 生 物化 学 攻击 等 。 “ 能 灰 尘 ” “ 地 直 线 ” 两 个 很 有 智 和 沙 是
代表 性 的军 事 应 用 研 究 项 目 。 智 能 灰 尘 ” 一 个 由 具 有计 算 能 力 的低 “ 是 低 该 感 测单 元 通常 由两 个 子 单 元 组 成 ， 感 器 和 模 数 转 换 器 。传 感 器 成本 、 功 耗 的 超 微 型 传 感 器 所 组 成 的 网 络 ． 网络 可 以 监 测 周 边 环 传 用 于 感 测 环 境 ，模 数 转 换 器 将 传 感 器 感 知 的 模 拟 信 号 转 换 成 数 字 信 境 的 温 度 、 亮 度 和振 动 程 度 ， 甚 至 还 可 以 察 觉 到 周 围 是 否 存 在 辐 光 它 沙 ， 号 。 理单 元 管 理 程 序 使 得 传 感 器 节 点 和 其 他 节点 能够 协 作 来 完 成 分 射 或 存 在 有 毒 的化 学 物 质 。 美 俄 亥 俄 州 正 在 开 发 的 “ 地 直 线 ” 能 够 处
无线传感器网络综述
【 摘
无线传 感器 网络 是一种全 新 的信息获 取方式 ， 它不需 要 固定 网 络支持 ， 随机布 置 、自组 织 、抗毁 性强 、适 应苛刻环 境等优 势， 以其 具 有在 多种场 合满 足信息 获取 的实 时性 、准确 性 、全面性 等需 求 的能 力 。由于无线传感器 网络的应用前景愈来愈广泛， ］ 已引起了许 多国家学术界和工业界 的高度重视． 为是对２ 世 纪产生巨大影响 被认 １ 力的技 术之一 。 本 文介绍 了无线 传感器 网络 数据管理技术 。分析 了无线传感 器 网络的Ｚｇ ｅ协议研究现状， ｉｂｅ 对无线传感器 网络 网络安全进行了探讨， 最后初步探讨 了无线传 感器网络领 域内存在的问题， 并展望 了今后 的
４８ 注意防止发生共 振现象。 由于定子 电流中含有高次谐 波成 ． 分， 电机转矩 中含有脉动分量， 有可能造成 电机的振动与机械振动产生 共振， 使设备 出现故障。应在预先找到负载固有的共振频率后。 利用变 频器频率 跳跃功能设置 ， 开共振频率点 。 躲
５ 、结 束语
以上通过对变频器运 行过程中存在的干扰 问题 的分析， 提出了解 决这些 问题的实际方法 。随着新技术和新理 论不断在变频 器上的应 用， 变频器 应用存在的这些问题 有望通过 变频 器本身的功叁 嚷 偿来 解决 。以满足工业现场和 社会环境对 变频 器性能不断提高 的需求。 参考文 献 …韩安 荣． 用变频器及其应用 （ 版 ）［ ． 通 第２ Ｍ］ 北京： 机械工业 出版
一
４ 、总结
本文介绍 了无线传感 器网络数据管理实现技术， 了Ｚｇ ｅ 协 分析 ｉＢｅ 议与无线传 感器 网络相结合的基本技术。 无线传 感器网络网络安全 对 的总体框架进行 了综述 。可 以看到， 在无线传感器 网络发展的同时， 它 还将遇到更 多的困难和 挑战： 如何使 用无线传 感器网络对环境进 行更 合理 的监测和控 制： 如何对传感器 网络 获取 的大量 实时数据进 行分析 处理及可视化展 示： 如何让无线传感器 网络应 用更好地 为人类服务等
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这种 一 球覆盖算法可 以完全 分布地运 行在每个 节点上。
图 １ 平面六边形格上的圆密堆积
假设网络节 点个 数 为 ｎ ，算 法 在 每 个 节 点 的 复 杂 度 为 ０ ｄ Ｉ ） 所 以整个 网络 的算法复 杂度为 ０ ｎ ｎｄ ， 中 （ ２ ｎｄ ， （ｄ Ｉ ）其 ｄ≤ ｎ为节点的最 大邻居节点个数。
在二维平 面有 最 优解 ， 在 三维 空 间 中是 一个 Ｎ 一 问题。 而 Ｐ难 实际上 ， 在平面解决该 问题使用 的多边 形三角 剖分 方法不 能 直接推广到三维空间 Ｊ 。 圆的密堆积问题是另一 个与覆 盖和连 通相关 的 问题 ， 可 表述 为 ： 寻找半径 相等 、 互不重叠 的圆盘在二维平面上最密集 的放 置形 式。该 问题 的解是 当 圆盘按 照六边 形格放 置时 ， 堆 积密度最 大 （ 如图 １ ， ） 而三维 空间 中的球密 堆积 问题 仍没 有解 决。
间， 进一步转 化到一维 空间来解决 ， 而得到 高效 的算法 。 从 具
体 方法 是检查代 表每个传 感器感知范 围的三维球体被覆盖 的 情况 。 因为如果所有球体都被充分覆盖 ， 则整个感知 区域被充
分覆盖 。 了检查每个球体是否被 充分覆盖 ， 为 算法进而检查两
个球体 相交 形成 的每个球盖 、 每个 圆周 被覆盖的情况 ， 然后通 过将得 到的每个圆周 在一维 伸展 ， 以很容 易地确定 其覆盖 可 的程度 ， 最终确定 网络被 覆盖 的程 度。
内的传感器网络 ， 节点一 般部署在墙壁 内。 以三维无线传感 所
问题在三维空间中的难度和计算复杂性都远远高于二维平面上
的对应问题。所 以三维无线传感器网络的研究需要 有不 同于 以 往二维无线传感器网络的新理论和新方法。
器 网络 的算法设计必须考虑实际应用对 网络拓扑的影响。
１ 三维无线传感器 网络研 究面临的挑 战
全平坦 的二维平面随机均匀分布或规则格状分布 ， 而三维传 感
器 网络 ， 在现实世界中的结构更加复 杂 ， 而且 受到物理 环境 的 严格制约。 节点完全 三维 随机分布的情况 可能只会出现在水 下 网络或 空间 网络 中。 对于部署在 山区或 沙漠 中的环境 监视 网 络， 节点在高程上的分布主要依赖于地 形。 而对 于多层建筑 物
重要研 究成 果 。 同时 ， 深入 讨论 了三 维无 线传 感 器 网络研 究所 面临 的挑 战和 亟须 解决 的 问题 ， 为今后
的研 究提 供 了方 向。
关键 词 ： 三维 空 间 ； 线传感 器 网络 ； ｄＨ ｃ网络 无 Ａ ｏ 中图分类 号 ： Ｐ ９ ． ２ Ｔ ３３ ０ 文献标 志 码 ： Ａ
三维 无 线传 感器 网络 综述
刘 华峰 ， 士尧 金
（ 国防科学技术大学 并行与分布处理国家重点实验室， 长沙 ４０７ ） １０ ３
（ｉｈ ａｅ ｇ １ ｒ ｉ ｃｒ） １ ｕ ｆ ０ ＠ｇ ａｌ ｏ ｕ ｎ ｎ ． ｎ
摘
要 ： 对 三 维无 线传感 器 网络 中的基础 性 问题 ， 析和 总 结 了近年 来 相 关的 主要研 究０ ０ ７年 １ ２月
文章编号 ：０ １— ０ １ ２０ ） ２ ０ １ ０ １０ ９ ８ （０ ７ ｓ —００ — ５
计 算机 应 用
Ｃｏ ｕ ｅ ｍｐ ｔｒ Ａｐｐ ｉａ ｉｎ ｌｃ ｔ ｓ ｏ
Ｖ０ｌ２ ＿７ Ｄｅ ｃ．２ ｏ７ ｏ
平 面上 ｎ 个点 的 Ｄ ｌｕ ａ 三角剖分最多产生 ０（ ） ｅａ ｎ ｙ ｎ 个三角形 ， 而 三维空间中 ｎ个点 的 Ｄ ｌｕ ａ 三角剖分最多会产生 ０（ ｅａｎ ｙ ｎ）
０ 引 言
早期 对传感器网络研究 ， 乎完全集 中于理 想 的二维平 几
面。随着研究 的深 入和实 际应用需求 的扩展 ， 维传感 器 网 三 络受到越来越 多的重视 ， 尤其是近年来水下 网络研究 的兴 起 ， 推动了三 维传感 器网络系统的发展 。 现有的三维无线传感器网络研究 ， 主要通过两种方法 ： 将二 维研究的结论直接推广到三维 ； 将三维空间的问题 ， 规约到二 维平面上解决 。然 而， Ｊ 使用这 些方法得到的成果 是十分有限 的， 因为大部分问题并不能通过推广或规约解决。网络的覆盖、 连通 、 拓扑控制和部署是无线传感器网络 中基 础性 的问题 ， 这些
个 四面体 Ｊ文献 ［ ］提出的判断二维传感 器 网络 一 。 ８ 覆盖 算 法， 在每个节 点的运行 时间为 ０ ｄＩ ） 而对应 的三维算法 （ ｄ ， ｎ
在 每个 节点的运 行时间为 ０（ ２ｎｄ ｊ ｄ Ｉ ） 。 ３ ）现 实物理结 构复杂
大多数二维传感器网络研究都假设 ｎ个节点在理 想的完
与二维无线传感器网络 相 比， 三维无线 传感 器 网络 提 出
了 许 多新 的 问 题 。
２ 三维无线传感器 网络 的覆 盖
覆 盖问题是无线 传感器 网络的一 个基 础 问题 。 对于无线 传感器 网络 而言 ， 覆盖 问题就是 确定 传感器节 点对 网络所处 环境 的跟踪或监视程度。
２１ ． ． 球覆盖 的判别算 法 文 献［ ］在对二维传感器 一 ４ 覆盖 问题 研究 的基础上 ， 提
１ ）问题难度增加
覆盖 和连通是网络 中节 点位置 的 函数 ， 本质 上是 网络 的
几何属性 。许多可以在二 维平面上 简单解 决的几何 问题 ， 在
三维空间中却 异常复杂 。 例如与无线传感器 网络 覆盖 紧密相关 的艺术 画廊 问题 ，
出了一个多项式 时间的三维空间中 一 球覆盖 的判别算法 。 每
个传感 器的感 知 区域 被看 作 是一 个 三维 球 体 （ 径 可 以不 半
同） 算法可 以确定 网络监视 区域 中的每一点是否都被至少 ， 个 传感 器覆盖（ 给定参数 ） 是 。
算 法的核心思想是将三维空间 的几何 问题转化到二维 空