發(fā)布時(shí)間：2020-03-22 06:07

【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(jī)遇�？墒�,傳統(tǒng)WSNs節(jié)點(diǎn)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(diǎn)電池能量受限問題依然沒有得到徹底解決,這嚴(yán)重制約了WSNs的推廣。為了從根本上解決這一問題,設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)從環(huán)境中獲取能量成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),因此,可充電無線傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)運(yùn)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(xué)者專家們的重視。但是,因?yàn)榈乩砦恢�、季�?jié)和天氣等原因,傳感器節(jié)點(diǎn)所收集的能量往往波動較大。因此,如何提高節(jié)點(diǎn)的獲能效率以及如何對其收集的能量進(jìn)行合理地分配和管理,成為太陽能可充電傳感器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(shí),要盡量提高太陽能電池板的獲能效率,實(shí)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(diǎn)耗能的最優(yōu)匹配。本文設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)跟蹤太陽光的節(jié)點(diǎn)獲能裝置。該裝置采用動態(tài)跟蹤太陽光技術(shù),實(shí)時(shí)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(qiáng)的方向。以此實(shí)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(diǎn)的獲能效率。(2)為了提高節(jié)點(diǎn)的能量利用率,同時(shí)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(jī)制。該機(jī)制根據(jù)當(dāng)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(diǎn)工作的占空比,使節(jié)點(diǎn)工作時(shí)的耗能不超過節(jié)點(diǎn)的獲能,確保節(jié)點(diǎn)處于能量中性狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)能量的合理分配與充分利用,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的可持續(xù)工作。(3)在實(shí)驗(yàn)與仿真部分,首先對本文設(shè)計(jì)的自適應(yīng)跟蹤太陽光的節(jié)點(diǎn)獲能裝置進(jìn)行實(shí)地測量,收集處理不同天氣與一天當(dāng)中不同時(shí)間段的獲能數(shù)據(jù),分析驗(yàn)證其相對于固定式節(jié)點(diǎn)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(jī)制進(jìn)行仿真。對比分析能量分配誤差等相關(guān)性能指標(biāo)的仿真結(jié)果,驗(yàn)證該機(jī)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(jī)制,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)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(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),通過調(diào)節(jié)傳感器節(jié)點(diǎn)的占空比,驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)獲能與耗能的平衡,從而實(shí)現(xiàn)小尺寸太陽能電池板的最大獲能與節(jié)點(diǎn)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(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用SNs 的特點(diǎn)規(guī)模s 的大規(guī)模特性包含兩層含義：第一因?yàn)楸槐O(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(diǎn)才能避免監(jiān)測盲的密度比較大，意即有時(shí)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(diǎn)：因?yàn)槭占男畔⒘看螅�，從而所獲的信噪比；因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的成本相對低廉，經(jīng)常存在大量的冗余節(jié)較強(qiáng)的容錯(cuò)能力；雖然單個(gè)節(jié)點(diǎn)采集信息的精度不高，但是人所采集的大量信息進(jìn)行分布式處理，以此提高 WSNs 整體的監(jiān)對單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測精度的限制。

層協(xié)議的運(yùn)行效率，同時(shí)也能持。從而實(shí)現(xiàn)節(jié)省 WSNs 能制方式有以下兩種：層次型制外，學(xué)者們又發(fā)現(xiàn)了一種點(diǎn)活動狀態(tài)與睡眠狀態(tài)的轉(zhuǎn)合其他的拓?fù)淇刂撇呗詠硎咕恐械囊淮鬅狳c(diǎn)，直至今天立的傳感器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)往往拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是時(shí)變的，諸多因絡(luò)協(xié)議的研究極具挑戰(zhàn)性。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP212.9;TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2594616