發(fā)布時間：2020-04-01 15:40

【摘要】：近年來,隨著無線能量傳輸技術的發(fā)展,WPCN(Wireless Powered Communication Network,無線供電通信網絡)成為國內外的研究熱點~([1])。相對于傳統(tǒng)能量受限的無線傳感器網絡而言,WPCN可以消除網絡節(jié)點頻繁充電或更換電池的需求,從而可以提供更高的網絡吞吐量、更長的網絡壽命以及更低的網絡操作成本。然而,目前WPCN還存在著以下問題:(1)由于網絡中能量傳輸(Wireless Engergy Transfer,WET)和信息傳輸(Wireless Information Transmission,WIT)均對距離信息敏感,因此會在不同位置的網絡節(jié)點之間引起“雙遠近距離效應”和性能不公平現(xiàn)象,所以需要對充電設備的充電策略和移動線路進行設計;(2)WPCN中HAP(Hybrid Access Point,混合接入點)常在同一頻段內以時分復用方式(Time Division Multiplexing,WMT)對網絡節(jié)點設備(Wireless Device,WD)進行WET和WIT。如何安排WET和WIT時槽對WPCN性能有重要影響,因此需要對二者進行聯(lián)合調度和統(tǒng)籌優(yōu)化,以降低干擾并提高網絡的吞吐量和利用效率。針對以上問題,目前已有學者在固定HAP情景下進行了大量研究。而本文則主要研究在HAP可以移動的情況下,如何克服網絡性能不公平現(xiàn)象以及如何調度和優(yōu)化WET和WIT以提高網絡的吞吐率。本文的主要工作如下:(1)HAP可以根據各個網絡節(jié)點的剩余能量狀態(tài),按照一定路線移動至各目標端依次對其充電。在此場景下,本文綜合考慮各個網絡節(jié)點的能量消耗率波動情況以及地理分布信息,提出了基于密度的嵌套TSP(Travelling Salesman Problem,旅行商問題)路徑優(yōu)化算法,給出了在滿足各個節(jié)點能量約束條件下HAP移動的最優(yōu)路徑。經仿真驗證,本文所提出的算法相對于現(xiàn)有的路徑優(yōu)化算法,其網絡總充電延遲最少降低了約10%。(2)在HAP沿著優(yōu)化移動路線進行能量傳輸?shù)那疤嵯?提出了一種新穎的基于固定時槽的免競爭集中式調度方法——FSCF方法(Fixed Slot based Competition Free),來優(yōu)化HAP與各網絡節(jié)點之間的WET和WIT。經仿真驗證,FSCF方法相對于現(xiàn)有的分布式調度方法,其網絡吞吐率最高能提升約20%。與固定式HAP相比,移動HAP能夠根據網絡節(jié)點的能量狀態(tài)和傳輸數(shù)據需求來靈活操作,從而能更好地滿足網絡需要。文中設計優(yōu)化的HAP移動路線,并對能量傳輸和信息傳輸進行聯(lián)合優(yōu)化,對WPCN網絡性能的提升有著重要意義。
【圖文】：

浙江工業(yè)大學碩士學位論文。同樣 HAP 也需要能量發(fā)射和信息接收這兩組天線系統(tǒng)。 3-2 所展示的是一個基于 TDD（Time Division Duplex，時分雙工）的 WP一個 WPCN 單元中，HAP 負責向一組 WDs 發(fā)送無線能量并接收 WIT。WET 和同的頻帶中，可以實現(xiàn)更高的頻譜效率以及降低成本。因此 HAP 和 WDs 采構實現(xiàn) WET 和 WIT 模式之間的切換，以避免 WET 對信息解碼的有害干擾[40]

下一步是根據嵌套的方式來將 m 個簇構建成嵌套的 TSP 路線組。簡單說來，就是依次挑選能量消耗率最大的 i 個簇 i = 1,2,…,m 分別構建 m 條 TSP 路線，命名為( 1, 2, 3)。以上構建的多條路線采取嵌套的規(guī)則構建，即這些 TSP 路徑的長度滿足關系公式（3-3）： 1≤ 2≤. . . ≤ (3-3)在構造完嵌套的 TSP 路線組之后，移動 HAP 只要在每個充電輪次中，，選擇這些嵌套路線中的一條來完成對部分能量水平低的 WDs 的充電任務。因此，下一個需要解決的問題是 HAP 如何按需選擇充電路線。圖 3-3 所展示的是一個完成聚類分簇的傳感器網絡。圖中的方塊，三角和圓的節(jié)點集分別代表三個不同能量消耗率的簇，其中圓形節(jié)點的能量消耗率分別為三角的2倍、方塊的 4 倍。
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM724;TN929.5

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 劉世清;楊孔雨;;求解TSP問題的遺傳算法改進研究[J];北京信息科技大學學報(自然科學版);2014年02期

2 饒衛(wèi)振;金淳;;基于求解TSP問題的改進貪婪算法[J];運籌與管理;2012年06期

3 姚新;陳國良;;模擬退火算法及其應用[J];計算機研究與發(fā)展;1990年07期

相關博士學位論文 前1條

1 楊劍峰;蟻群算法及其應用研究[D];浙江大學;2007年

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1 嚴露;粒子群算法研究與應用[D];電子科技大學;2013年

本文編號：2610646