16、混合传感器网络中高效簇头节点放置策略

混合传感器网络中高效簇头节点放置策略

1 背景与问题提出

在无线传感器网络（WSN）中，当所有微小传感器的传输范围受到限制时，需要添加一些高级节点来维持全局连通性。目标是尽量减少所需传感器的数量，因为它们会增加WSN的总体成本。此前，在无线网状网络中已经对拓扑优化进行了研究，例如Aoun等人提出的技术是放置最少数量的网关以满足服务质量（QoS）要求；Wong等人则在两种不同场景下解决了网关放置问题，即最小化通信延迟或最小化通信成本。

2 系统描述

2.1 网络架构

无线传感器网络主要有两种架构：
- 扁平架构 ：所有节点具有相同的处理能力和传输范围，节点常作为中继以增加连通性并支持不同节点间的路由。
- 分层架构 ：存在少数具有更高能力的节点，如更长的传输范围、更多的能量资源和更高的处理能力，这些节点需要构成相互连接的子网。两层网络架构得益于信号处理和数据融合的最新进展，可利用传感器收集信息的冗余性。

2.2 网络模型

设 $N$ 表示部署在二维欧几里得平面 $\Re$ 上的微小节点集合，所有节点具有固定且相同的传输范围 $\rho$。图 $G(V, E)$ 的邻接矩阵是一个以图顶点 $V$ 标记行和列的矩阵，位置 $(m, n)$ 处的值为 1 或 0 取决于 $v_m$ 和 $v_n$ 是否直接相连，对于无向图 $G$，邻接矩阵是对称的。簇头节点有两组工作在不同无线信道的无线收发器，一组用于与微小节点通信，另一组用于与其他簇头节点通信。只要节点间的距离小于相应的传输范围，就会建立链路。

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