可充點(diǎn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗模型及充電策略研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)興起和發(fā)展成為數(shù)字信息世界和物理真實(shí)世界的紐帶，為信號(hào)與信息處理方向的研究帶來(lái)了新的機(jī)遇，同時(shí)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。
　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量相關(guān)問(wèn)題始終是該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)能源受限一直是阻礙無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期工作的瓶頸。已有學(xué)者在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)路由、MAC協(xié)議、能量控制、跨層優(yōu)化及外部能量獲取領(lǐng)域進(jìn)行研究。近年來(lái)，新興的無(wú)線能量傳輸技術(shù)為無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)能量補(bǔ)給帶來(lái)了曙光

2、。對(duì)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)距離無(wú)線能量補(bǔ)給，可有效地解決無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)能源受限的問(wèn)題，然而國(guó)內(nèi)外對(duì)引入無(wú)線能量傳輸設(shè)備后的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究才剛起步。本文利用最優(yōu)化方法，通過(guò)深入分析引入無(wú)線能量補(bǔ)給設(shè)備的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型，提出一系列優(yōu)化問(wèn)題并求解，得到不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下的無(wú)線能量補(bǔ)給設(shè)備和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的工作策略。本文的研究成果如下:
　　(1)提出單基站可充電無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)拓?fù)湎碌膭?dòng)態(tài)模型。該動(dòng)態(tài)模型反映無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和無(wú)線能量

3、補(bǔ)給設(shè)備在不同時(shí)刻需要滿足的約束條件。無(wú)線能量補(bǔ)給設(shè)備通過(guò)遍歷網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行能量補(bǔ)給，使其不會(huì)因?yàn)榉烹娺^(guò)度而失效。為盡可能減少無(wú)線能量補(bǔ)給設(shè)備的工作時(shí)間而更長(zhǎng)地駐留在維護(hù)站，提出了動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型下的優(yōu)化問(wèn)題，并通過(guò)推導(dǎo)和證明將其轉(zhuǎn)化為具有等優(yōu)性的線性規(guī)劃問(wèn)題。求解該優(yōu)化問(wèn)題后，得到無(wú)線能量補(bǔ)給設(shè)備的最佳遍歷路徑、充電時(shí)長(zhǎng)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)路由策略。
　　(2)提出單基站可充電無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)拓?fù)湎碌膭?dòng)態(tài)模型。在該

4、模型中，無(wú)線能量補(bǔ)給設(shè)備在遍歷無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點(diǎn)時(shí)，也擔(dān)任數(shù)據(jù)收集任務(wù)，從節(jié)點(diǎn)處接收數(shù)據(jù)。而被充電的節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)從簇內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)處接收信息，并直接傳輸給無(wú)線能量補(bǔ)給設(shè)備。由于無(wú)線能量補(bǔ)給設(shè)備需要遍歷網(wǎng)絡(luò)中所有傳感器節(jié)點(diǎn)，那么擔(dān)任簇頭的傳感器節(jié)點(diǎn)和簇的劃分不是固定不變的。與靜態(tài)拓?fù)淠Ｊ较碌哪Ｐ筒煌枰芯坎煌瑫r(shí)刻不同傳感器節(jié)點(diǎn)需要滿足的約束條件，并提出相應(yīng)的優(yōu)化問(wèn)題。通過(guò)求解該優(yōu)化問(wèn)題，得到單基站可充電無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)拓?fù)淠Ｊ?/p>

5、下節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)分簇策略、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)路由策略及無(wú)線能量補(bǔ)給設(shè)備的工作策略。
　　(3)提出多基站可充電無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)模型。在較為廣闊的區(qū)域內(nèi)布設(shè)多個(gè)基站，可有效地減少無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x和跳數(shù)，從而降低無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗。通過(guò)分析之前兩個(gè)研究成果，提出無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)活躍度的概念，建立多基站可充電無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)模型并提出相應(yīng)優(yōu)化問(wèn)題。通過(guò)求解該優(yōu)化問(wèn)題，得到在最大化網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)活躍度目標(biāo)下的數(shù)據(jù)路由、通信功率控制及無(wú)