無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的充電模型優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、傳統(tǒng)的傳感器由袖珍型的紐扣電池供電，由于電池有限的容量，導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期受限于傳感器的電池容量。近年來，隨著無線能量轉(zhuǎn)化技術(shù)的創(chuàng)新與突破，出現(xiàn)了電磁耦合共振技術(shù)，該技術(shù)能高效、穩(wěn)定地將能量通過無線的方式傳送給一定距離范圍內(nèi)的可接收設(shè)備。針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的無線充電問題，許多學(xué)者提出在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中部署一個(gè)可移動(dòng)的充電小車，通過小車對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)周期性地補(bǔ)充電量，無線充電技術(shù)的充電模型分為基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)充電和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)充電模型。點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)

2、充電是指充電小車在特定位置將能量通過無線的方式傳送給一定范圍內(nèi)的多個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。而點(diǎn)對(duì)點(diǎn)充電指充電小車在特定位置將無線能量只傳送給一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)充電模型的充電策略設(shè)計(jì)。探究在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)充電模型下，如何通過一個(gè)可移動(dòng)的充電小車來實(shí)現(xiàn)最大化網(wǎng)絡(luò)生命周期的目標(biāo)。由于網(wǎng)絡(luò)中只部署了一個(gè)可移動(dòng)充電小車，因此網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不能太大。所以首先從理論上分析了網(wǎng)絡(luò)的最大規(guī)模與最小規(guī)模，即，網(wǎng)絡(luò)中部署的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量。其次，

3、在給定的規(guī)模下，提出了一種有效的充電策略，該策略包含充電序列和傳感器節(jié)點(diǎn)的充電時(shí)間兩部分。針對(duì)充電序列問題，借鑒旅行商（TSP- Traveling Salesman Problem）問題，把傳感器節(jié)點(diǎn)的剩余能量與傳感器節(jié)點(diǎn)之間的距離作為權(quán)重，將充電序列問題轉(zhuǎn)化為類TSP問題求解。針對(duì)節(jié)點(diǎn)的充電時(shí)間問題，以最大化每個(gè)節(jié)點(diǎn)的充電時(shí)間為目標(biāo)，以傳感器節(jié)點(diǎn)的剩余能量要滿足給定的閾值為約束條件，轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化問題求解每個(gè)節(jié)點(diǎn)的充電時(shí)間。⑵基于點(diǎn)對(duì)

4、多點(diǎn)充電模型的充電策略設(shè)計(jì)。首先，基于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)充電模型以及小車的能量有限的約束，同樣也分析了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，即單個(gè)充電小車能給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)充電的最大數(shù)量和最小數(shù)量。其次，利用集合覆蓋問題（SCP-Set Covering Problem）確定小車在網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)時(shí)需要停止的位置。另外，通過計(jì)算哈密爾頓回路規(guī)劃小車的最短移動(dòng)路徑。接著，在最大化網(wǎng)絡(luò)生命周期的目標(biāo)下，將節(jié)點(diǎn)在任何時(shí)刻的剩余能量要高于給定閾值作為約束，將小車在每個(gè)停止點(diǎn)的停止時(shí)間轉(zhuǎn)化為最優(yōu)