本文關(guān)鍵詞：異構(gòu)供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量管理和跨層優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：可再生能源的開發(fā)和利用,是解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量限制的一種有效途徑。但是,由于可再生能源的不穩(wěn)定性,無法保證網(wǎng)絡(luò)的持久工作。為此,本文提出了一種可再生能源、電網(wǎng)和無線能量傳輸聯(lián)合供電的異構(gòu)供電模式。本文在深入分析了目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和實際應(yīng)用的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一系列針對異構(gòu)供電模式的能量管理和跨層優(yōu)化問題,開展了如下研究：(1)提出一種新的系統(tǒng)模型,考慮了傳感、傳輸和接收的多種能源消耗,電網(wǎng)、可再生能源和混合能源的異構(gòu)能源供應(yīng),以及電價、信道和能源采集的多維隨機(jī)性,構(gòu)造了一個基于隊列穩(wěn)定和鏈路容量共同約束的離散隨機(jī)跨層優(yōu)化問題。利用李雅普諾夫加罰漂移優(yōu)化方法和塊坐標(biāo)下降法獲得了瞬時全分布、低復(fù)雜度的跨層算法,實現(xiàn)了時間平均隊列積壓與時間平均速率效用最大化、電力成本最小化的目標(biāo)函數(shù)之間的權(quán)衡。仿真結(jié)果驗證了算法性能,表明了在可再生能源稀缺的情況下異構(gòu)供電模式能夠顯著改善網(wǎng)絡(luò)性能。(2)針對多跳、多播、信息源相關(guān)的異構(gòu)供電無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò),提出了一種聯(lián)合分布式信源編碼和網(wǎng)絡(luò)編碼的能量管理和跨層優(yōu)化模型。采用分布式失真信源編碼技術(shù)去除數(shù)據(jù)間的相關(guān)性,減少數(shù)據(jù)的傳輸量和能源消耗。利用網(wǎng)絡(luò)編碼,增加多播傳輸吞吐量、降低能耗。基于李雅普諾夫加罰漂移優(yōu)化方法、對偶算法和塊坐標(biāo)下降法,本文設(shè)計了一種完全分布式算法,實現(xiàn)了時間平均隊列積壓與時間平均可重建失真效用最大化、電力成本最小化的目標(biāo)函數(shù)之間的權(quán)衡,并以仿真驗證了算法性能。(3)針對可再生能源和無線能量傳輸共存的異構(gòu)供電模式,分別為單播／多播多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了兩個速率效用最大化的問題模型。基于無線能量傳輸技術(shù),每個節(jié)點不僅可以接收從其它節(jié)點傳輸來的能量,還可以通過其出鏈路向網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點傳輸能量。因此,所提的速率效用最大化問題需要實現(xiàn)信息流和能量流的聯(lián)合優(yōu)化。此外,數(shù)據(jù)壓縮能耗模型由簡單的線性模型擴(kuò)展到了非線性模型,增加了問題的復(fù)雜度。仿真實驗表明,通過無線能量傳輸技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)可以提高網(wǎng)絡(luò)性能。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 異構(gòu)供電 分布式信源編碼 網(wǎng)絡(luò)編碼 無線能量傳輸 李雅普諾夫加罰漂移 對偶算法 塊坐標(biāo)下降法
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 論文的研究背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.3 本文的主要工作和創(chuàng)新點14-15
• 1.4 本文內(nèi)容安排15-16
• 第二章 異構(gòu)供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中面向速率效用的跨層優(yōu)化16-36
• 2.1 網(wǎng)絡(luò)模型16-21
• 2.1.1 源速率和效用模型17
• 2.1.2 鏈路容量模型17-18
• 2.1.3 能量隊列模型18-19
• 2.1.4 數(shù)據(jù)隊列模型19-20
• 2.1.5 優(yōu)化問題模型20-21
• 2.2 能量管理和跨層設(shè)計：EASYO21-26
• 2.2.1 李雅普諾夫優(yōu)化21-22
• 2.2.2 算法EASYO框架22-23
• 2.2.3 算法EASYO的組件23-25
• 2.2.4 功率分配問題的分布式執(zhí)行25-26
• 2.3 性能分析26-30
• 2.4 仿真實驗30-35
• 2.4.1 仿真參數(shù)設(shè)置31-32
• 2.4.2 仿真結(jié)果32-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第三章 異構(gòu)供電多媒體無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)合分布式信源編碼和網(wǎng)絡(luò)編碼的動態(tài)優(yōu)化36-57
• 3.1 網(wǎng)絡(luò)模型36-42
• 3.1.1 網(wǎng)絡(luò)編碼模型37
• 3.1.2 分布式信源編碼模型37-38
• 3.1.3 鏈路容量和隨機(jī)接入模型38-39
• 3.1.4 能量隊列模型39-41
• 3.1.5 數(shù)據(jù)隊列模型41-42
• 3.1.6 優(yōu)化問題模型42
• 3.2 能量管理和跨層設(shè)計42-51
• 3.2.1 李雅普諾夫優(yōu)化43-46
• 3.2.2 算法框架46
• 3.2.3 對偶分解46-51
• 3.3 性能分析51-53
• 3.4 仿真實驗53-56
• 3.4.1 仿真參數(shù)設(shè)置54
• 3.4.2 仿真結(jié)果54-56
• 3.5 本章小結(jié)56-57
• 第四章 多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中信息流和能量流的聯(lián)合優(yōu)化57-65
• 4.1 單播系統(tǒng)模型57-63
• 4.1.1 源速率和效用模型57
• 4.1.2 鏈路調(diào)度模型57-58
• 4.1.3 信息流守恒模型58-59
• 4.1.4 無線能量傳輸模型59
• 4.1.5 能量守恒模型59-60
• 4.1.6 優(yōu)化問題模型60
• 4.1.7 仿真實驗60-63
• 4.2 多播系統(tǒng)模型63-64
• 4.2.1 優(yōu)化問題模型63
• 4.2.2 仿真實驗63-64
• 4.3 本章小結(jié)64-65
• 第五章 總結(jié)和展望65-67
• 5.1 工作總結(jié)65-66
• 5.2 展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-72
• 致謝72-73
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果73

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本文編號：274636