菱形部署策略：优化四连通与全覆蓋的无线传感器网络

在无线传感器网络部署中，四连通性和全覆盖是关键的性能指标，尤其是在保证数据传输效率和网络稳定性的同时，减少设备成本。本文主要探讨了在不同传感器的通信范围（rc）与传感范围（rs）的比例下，如何实现最佳的四连通性和全覆盖部署策略。 研究的核心是提出了一个名为“菱形”的部署模式，这种模式可以根据rc/rs的比例动态调整。当rc/rs的比值大于或等于√3时，菱形模式与传统的三角形网格结构相符，这是经典的解决方案，因为它确保了最小的传感器数量来实现完全覆盖，并且能够提供足够的连接性。当rc/rs的比值小于或等于√2时，菱形模式转变为“广场”模式，表明在较小的通信范围下，更紧密的布局是有效的。 文章的主要贡献在于证明了菱形模式在rc/rs大于√2的情况下是渐进最优的。这意味着随着rc/rs增大，菱形模式的优势更加明显，能够在保证四连通性和全面覆盖的前提下，提供更高的效率。这种渐近优化的部署模式为无线传感器网络设计者提供了一种实用的方法，尤其是在传感器价格较高的情况下，节约成本变得至关重要。 此外，这项研究还涉及到部署策略对启发式算法的影响。通过计划部署，传感器可以被有效地组织，有助于优化调度和拓扑控制，从而提高整体网络性能。这种优化模式的发现也为后续的理论研究和实际应用提供了有价值的参考和启示，尽管寻找最佳模式本身是一项挑战，但现有的菱形模式已经为解决这个问题迈出了一步。 研究得到了美国国家科学基金会（NSF）、军队研究办事处（ARO）、AMSRD-ACC-R50521-CI以及香港特别行政区RGC的竞争性研究基金的支持。然而，文章强调，所有观点和结论均代表作者个人观点，并不反映资助机构的意见。 总结来说，本文的工作开创性地提出了一个针对不同比例的通信范围和传感范围的菱形部署模式，该模式在满足四连通性和全面覆盖要求的同时，还考虑到经济性和效率优化，对于无线传感器网络的实际部署具有重要意义。