第3章WSN拓扑控制与覆盖技术•掌握WSN拓扑结构的分类•了解WSN拓扑控制•了解WSN功率控制•掌握层次性拓扑结构控制方法•了解启发机制•了解覆盖理论基础•了解传感器网络的覆盖控制3.1网络拓扑结构无线传感器网络的网络拓扑结构是组织无线传感器节点的组网技术，有多种形态和组网方式。按照其组网形态和方式分，有集中式、分布式和混合式。无线传感器网络的集中式结构类似移动通信的蜂窝结构，集中管理；无线传感器网络的分布式结构，类似AdHoc网络结构，可自组织网络接入连接，分布管理；无线传感器网络的混合式结构包括集中式和分布式结构的组合。按照节点功能及结构层次分，无线传感器网络通常可分为平面网络结构、分级网络结构、混合网络结构，以及Mesh网络结构3.1.1平面网络结构如图3-1所示，平面网络结构是无线传感器网络中最简单的一种拓扑结构，具有如下特点：（1）所有节点为对等结构；（2）这种网络拓扑结构简单，易维护，具有较好的健壮性，（3）由于没有中心管理节点3.1.2分级网络结构如图3-2是分级网络结构(也叫层次网络结构)：特点：网络分为上层和下层两个部分，上层为中心骨干节点，下层为一般传感器节点。3.1.3混合网络结构如图3-3是混合网络结构：特点是：1，网络骨干节点之间及一般传感器节点之间都采用平面网络结构；2，网络骨干节点和一般传感器节点之间采用分级网络结构。3.1.4Mesh网络结构从结构来看，Mesh网络是规则分布的网络。如图3-4所示，通常只允许和节点最近的邻居通信；如图3-5所示，网络内部的节点一般都是相同，因此Mesh网络也称为对等网。Mesh网络结构最大的优点：是尽管所有节点都是对等的地位，且具有相同的计算和通信传输功能。如图3-6所示，采用分级网络结构技术可使Mesh网络路由设计要简单得多，由于一些数据处理可以在每个分级的层次里面完成，因而比较适合于无线传感器网络的分布式信号处埋和决策。3.1.4Mesh网络结构从技术上来看，基于Mesh网络结构的无线传感器具有以下特点。(1)由无线节点构成网络：这种类型的网络节点是由一个传感器或执行器构成且连接到一个双向无线收发器上；(2)节点按照Mesh拓扑结构部署，网内每个节点至少可以和一个其它节点通信；(3)支持多跳路由：(4)功耗限制和移动性取决于节点类型及应用的特点。(5)存在多种网络接入方式，可以通过星型、Mesh等节点方式和其它网络集成。3.1.4Mesh网络结构3.2拓扑控制3.2.1概述拓扑控制技术是无线传感器网络中的基本问题。动态变化的拓扑结构是无线传感器网络最大特点之一，因此拓扑控制策略在无线传感器网络中有着重要的意义，它为路由协议、MAC协议、数据融合、时间同步和目标定位等很多方面奠定了基础。MAC层可以提供给拓扑控制算法邻居发现等消息，如图3-7所示。3.2.2拓扑控制的意义研究具有十分重要的意义，主要表现在以下五个方面：(1)网络寿命，(2)减少节点通信负载，提高通信效率，(3)辅助路由协议，(4)数据融合策略选择，(5)节点冗余3.2.3拓扑控制设计目标拓扑控制中一般要考虑的设计目标有如下几个方面。1.覆盖2.连通3.网络生命期4.吞吐能力5.干扰和竞争6.网络延迟7.拓扑性质3.3功率控制传感器网络中节点发射功率的控制也称功率分配问题。1.基于节点度的功率控制2.基于方向的功率控制3.基于邻近图的功率控制4.XTC算法3.4层次性拓扑结构控制方法层次型拓扑结构具有很多优点，例如，由簇头节点担负数据融合的任务，减少了数据通信量；分簇式的拓扑结构有利于分布式算法的应用，适合大规模部署的网络；由于大部分节点在相当长的时间内关闭通信模块，所以显著地延长整个网络的生存时间等。1.LEACH算法if11(mod)()otherwise0pnGprTnp2.GAT算法GAT算法是一种依据节点的地理位置进行分簇，并对簇内的节点选择性的进行休眠的路由算法。其核心思想是：在各数据源到数据目的地之问存在有效通路的前提下，尽量减少参与数据传输的节点数，从而减少用于数据包侦听和接收的能量开销。它将无线传感器网络划分成若干个单元格(簇)，各单元格内任意一个节点都可以被选为代表，代替本单元格内所有其他节点完成数据包向相邻单元...
