【摘要】：“感知中國”概念的提出,給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用帶來了新的機遇。可是,傳統(tǒng)WSNs節(jié)點初始配置的能量十分有限。盡管人們采用了低功耗技術(shù)和節(jié)能路由協(xié)議等措施,最大程度地延長了網(wǎng)絡(luò)生存期。但是,節(jié)點電池能量受限問題依然沒有得到徹底解決,這嚴重制約了WSNs的推廣。為了從根本上解決這一問題,設(shè)計節(jié)點從環(huán)境中獲取能量成為該領(lǐng)域的研究熱點,因此,可充電無線傳感器節(jié)點應(yīng)運而生。在WSNs的野外應(yīng)用環(huán)境中,太陽能的獲取相對容易。所以基于光伏獲能的可充電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Solar Rechargeable Wireless Sensors Networks,SP-WSNs)越來越受到學者專家們的重視。但是,因為地理位置、季節(jié)和天氣等原因,傳感器節(jié)點所收集的能量往往波動較大。因此,如何提高節(jié)點的獲能效率以及如何對其收集的能量進行合理地分配和管理,成為太陽能可充電傳感器節(jié)點亟待解決的關(guān)鍵問題。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本文針對SP-WSNs節(jié)點的獲能與耗能問題展開研究,主要的工作如下:(1)為了滿足節(jié)點體積小與重量輕的應(yīng)用需求,太陽能板的面積要盡可能小;同時,要盡量提高太陽能電池板的獲能效率,實現(xiàn)小尺寸太陽能板的最大獲能效果與三峽庫區(qū)水質(zhì)監(jiān)測節(jié)點耗能的最優(yōu)匹配。本文設(shè)計了一種自適應(yīng)跟蹤太陽光的節(jié)點獲能裝置。該裝置采用動態(tài)跟蹤太陽光技術(shù),實時調(diào)整太陽能電池板的高度角與方位角,使其始終正對入射太陽光最強的方向。以此實現(xiàn)太陽能電池板對太陽光的最優(yōu)吸收,從而大幅提高節(jié)點的獲能效率。(2)為了提高節(jié)點的能量利用率,同時減小能量分配誤差,本文構(gòu)建了一種基于歷史獲能的能量中性管理機制。該機制根據(jù)當前操作周期中由太陽能轉(zhuǎn)化而來的可用能量,調(diào)節(jié)下一操作周期中節(jié)點工作的占空比,使節(jié)點工作時的耗能不超過節(jié)點的獲能,確保節(jié)點處于能量中性狀態(tài),從而實現(xiàn)能量的合理分配與充分利用,進而實現(xiàn)節(jié)點的可持續(xù)工作。(3)在實驗與仿真部分,首先對本文設(shè)計的自適應(yīng)跟蹤太陽光的節(jié)點獲能裝置進行實地測量,收集處理不同天氣與一天當中不同時間段的獲能數(shù)據(jù),分析驗證其相對于固定式節(jié)點獲能裝置的獲能效率改善情況。然后通過MATLAB仿真平臺對本文所提出的基于歷史獲能的能量中性管理機制進行仿真。對比分析能量分配誤差等相關(guān)性能指標的仿真結(jié)果,驗證該機制在能量分配管理方面的優(yōu)勢。最后根據(jù)基于歷史獲能的能量中性管理機制,并結(jié)合實驗室的三峽庫區(qū)水質(zhì)檢測平臺,對不同的水質(zhì)檢測傳感器節(jié)點進行實驗,通過調(diào)節(jié)傳感器節(jié)點的占空比,驗證節(jié)點獲能與耗能的平衡,從而實現(xiàn)小尺寸太陽能電池板的最大獲能與節(jié)點耗能的最優(yōu)匹配。
【圖文】：

圖 2.2 WSNs 體系結(jié)構(gòu)Fig 2.2 Architecture of WSNsNs 的特點、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用SNs 的特點規(guī)模s 的大規(guī)模特性包含兩層含義：第一因為被監(jiān)測區(qū)域面積很大，地理范圍很廣，所以需要部署大量傳感器節(jié)點才能避免監(jiān)測盲的密度比較大，意即有時需要在面積不大的區(qū)域內(nèi)部署大量傳感s 的大規(guī)模特性具有諸多優(yōu)點：因為收集的信息量大，，從而所獲的信噪比；因為節(jié)點的成本相對低廉，經(jīng)常存在大量的冗余節(jié)較強的容錯能力；雖然單個節(jié)點采集信息的精度不高，但是人所采集的大量信息進行分布式處理，以此提高 WSNs 整體的監(jiān)對單個傳感器節(jié)點監(jiān)測精度的限制。

層協(xié)議的運行效率，同時也能持。從而實現(xiàn)節(jié)省 WSNs 能制方式有以下兩種：層次型制外，學者們又發(fā)現(xiàn)了一種點活動狀態(tài)與睡眠狀態(tài)的轉(zhuǎn)合其他的拓撲控制策略來使究中的一大熱點，直至今天立的傳感器節(jié)點組織起來，跳的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)。但是節(jié)量非常有限，而且節(jié)點往往拓撲結(jié)構(gòu)是時變的，諸多因絡(luò)協(xié)議的研究極具挑戰(zhàn)性。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP212.9;TN929.5

【參考文獻】

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本文編號：2594616