31、无线传感器网络部署与架构：挑战与解决方案

无线传感器网络部署与架构：挑战与解决方案

1. 无线传感器网络的连通性问题

在无线传感器网络中，连通性是确保网络性能的关键问题。每个节点都有其无线电范围，超出范围的节点无法直接通信，但可以通过多跳方式连接。对于特定节点密度的网络，增加无线电范围可以提高连通性，但会导致更高的传输功率需求和更短的网络寿命。

1.1 纯连通性（P - 连通性）

P - 连通性定义为网络中任意节点对能够建立连接的平均概率。只要网络在图论意义上是完全连通的，其P - 连通性就等于1。随机分布网络的P - 连通性与无线电范围的关系可以从多个方面描述，例如：
- 任意一对传感器节点之间建立连接的特定距离是多少？
- 节点相互连接时的合适节点密度是多少？
- 节点需要有多少个邻居节点才能使网络连通？

考虑到能源成本，找到连通网络中的最小无线电范围是有价值的。目前的方案大多基于节点静态的假设，当网络中有移动节点时，需要新的技术。关于多跳方式下P - 连通性的理论分析，大多基于所有节点在时空方向上均匀分布且节点间无干扰的假设。

在邻居节点最优数量的研究方面，20世纪70年代的研究发现，当所有模式的传输功率相同时，存在一个“神奇数字”。当网络完全连通时，每个节点应该有6个邻居节点。后续研究确定，确保网络连通的神奇数字在5到8之间。但也有研究表明，对于足够大的区域，没有神奇数字能确保随机分布的网络完全连通。

此外，连通性问题中还存在关键数字。例如，有研究表明存在一个临界数字N0，当平均邻居节点数超过N0时，随机平面网络以非零概率包含一个无限连通分量。不同研究对N0的范围有不同的推导，大致在2.195到10.526之间，也有估计