【摘要】：近年來,隨著無線能量傳輸技術(shù)的發(fā)展,WPCN(Wireless Powered Communication Network,無線供電通信網(wǎng)絡(luò))成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)~([1])。相對(duì)于傳統(tǒng)能量受限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言,WPCN可以消除網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)頻繁充電或更換電池的需求,從而可以提供更高的網(wǎng)絡(luò)吞吐量、更長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)壽命以及更低的網(wǎng)絡(luò)操作成本。然而,目前WPCN還存在著以下問題:(1)由于網(wǎng)絡(luò)中能量傳輸(Wireless Engergy Transfer,WET)和信息傳輸(Wireless Information Transmission,WIT)均對(duì)距離信息敏感,因此會(huì)在不同位置的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間引起“雙遠(yuǎn)近距離效應(yīng)”和性能不公平現(xiàn)象,所以需要對(duì)充電設(shè)備的充電策略和移動(dòng)線路進(jìn)行設(shè)計(jì);(2)WPCN中HAP(Hybrid Access Point,混合接入點(diǎn))常在同一頻段內(nèi)以時(shí)分復(fù)用方式(Time Division Multiplexing,WMT)對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備(Wireless Device,WD)進(jìn)行WET和WIT。如何安排WET和WIT時(shí)槽對(duì)WPCN性能有重要影響,因此需要對(duì)二者進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度和統(tǒng)籌優(yōu)化,以降低干擾并提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和利用效率。針對(duì)以上問題,目前已有學(xué)者在固定HAP情景下進(jìn)行了大量研究。而本文則主要研究在HAP可以移動(dòng)的情況下,如何克服網(wǎng)絡(luò)性能不公平現(xiàn)象以及如何調(diào)度和優(yōu)化WET和WIT以提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐率。本文的主要工作如下:(1)HAP可以根據(jù)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的剩余能量狀態(tài),按照一定路線移動(dòng)至各目標(biāo)端依次對(duì)其充電。在此場(chǎng)景下,本文綜合考慮各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量消耗率波動(dòng)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(gè)節(jié)點(diǎn)能量約束條件下HAP移動(dòng)的最優(yōu)路徑。經(jīng)仿真驗(yàn)證,本文所提出的算法相對(duì)于現(xiàn)有的路徑優(yōu)化算法,其網(wǎng)絡(luò)總充電延遲最少降低了約10%。(2)在HAP沿著優(yōu)化移動(dòng)路線進(jìn)行能量傳輸?shù)那疤嵯?提出了一種新穎的基于固定時(shí)槽的免競(jìng)爭(zhēng)集中式調(diào)度方法——FSCF方法(Fixed Slot based Competition Free),來優(yōu)化HAP與各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的WET和WIT。經(jīng)仿真驗(yàn)證,FSCF方法相對(duì)于現(xiàn)有的分布式調(diào)度方法,其網(wǎng)絡(luò)吞吐率最高能提升約20%。與固定式HAP相比,移動(dòng)HAP能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量狀態(tài)和傳輸數(shù)據(jù)需求來靈活操作,從而能更好地滿足網(wǎng)絡(luò)需要。文中設(shè)計(jì)優(yōu)化的HAP移動(dòng)路線,并對(duì)能量傳輸和信息傳輸進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化,對(duì)WPCN網(wǎng)絡(luò)性能的提升有著重要意義。
【圖文】：

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)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(gè)基于 TDD（Time Division Duplex，時(shí)分雙工）的 WP一個(gè) WPCN 單元中，HAP 負(fù)責(zé)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(shí)現(xiàn)更高的頻譜效率以及降低成本。因此 HAP 和 WDs 采構(gòu)實(shí)現(xiàn) WET 和 WIT 模式之間的切換，以避免 WET 對(duì)信息解碼的有害干擾[40]

下一步是根據(jù)嵌套的方式來將 m 個(gè)簇構(gòu)建成嵌套的 TSP 路線組。簡(jiǎn)單說來，就是依次挑選能量消耗率最大的 i 個(gè)簇 i = 1,2,…,m 分別構(gòu)建 m 條 TSP 路線，命名為( 1, 2, 3)。以上構(gòu)建的多條路線采取嵌套的規(guī)則構(gòu)建，即這些 TSP 路徑的長(zhǎng)度滿足關(guān)系公式（3-3）： 1≤ 2≤. . . ≤ (3-3)在構(gòu)造完嵌套的 TSP 路線組之后，移動(dòng) HAP 只要在每個(gè)充電輪次中，，選擇這些嵌套路線中的一條來完成對(duì)部分能量水平低的 WDs 的充電任務(wù)。因此，下一個(gè)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(gè)完成聚類分簇的傳感器網(wǎng)絡(luò)。圖中的方塊，三角和圓的節(jié)點(diǎn)集分別代表三個(gè)不同能量消耗率的簇，其中圓形節(jié)點(diǎn)的能量消耗率分別為三角的2倍、方塊的 4 倍。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM724;TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)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(jìn)研究[J];北京信息科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年02期

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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本文編號(hào)：2610646