【摘要】：在傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)中,能耗是必須面臨的一個(gè)重要問題,為此,無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Rechargeable Sensor Networks,WRSN)孕育而生。在這種網(wǎng)絡(luò)中,射頻(Radio Frequency,RF)能量源以電磁輻射的方式將電能發(fā)送到傳感器網(wǎng)絡(luò),節(jié)點(diǎn)通過天線捕獲射頻能量。相比于采用固定的射頻能量源,采用移動射頻能量發(fā)射機(jī)周期性地給節(jié)點(diǎn)充電有利于減少成本且更加靈活方便。此外,移動的數(shù)據(jù)收集技術(shù)也備受關(guān)注,因此如何將二者結(jié)合起來是一個(gè)值得研究的問題。本文的主要工作如下:在移動射頻能量源(小車)的研究中,如何規(guī)劃小車的移動軌跡以及如何分配充電和數(shù)據(jù)收集時(shí)間以達(dá)到較大吞吐率是一個(gè)值得關(guān)注的問題。針對此問題,本文提出了一種基于簇的路徑規(guī)劃和時(shí)間分配策略。先將傳感器網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)分為若干個(gè)簇,并將簇點(diǎn)作為小車停留的駐點(diǎn)。采用旅行商問題的近似解來規(guī)劃小車的行車順序和路徑并通過節(jié)點(diǎn)數(shù)量和平均剩余能量分配每個(gè)簇的時(shí)間。通過單純形解法解決充電和數(shù)據(jù)收集時(shí)間分配問題以達(dá)到較大的總吞吐率或共同吞吐率。此外,在誤差范圍內(nèi)提出了相應(yīng)的啟發(fā)式算法。除了小車停在駐點(diǎn)通信的模型,小車移動過程中通信如何進(jìn)行時(shí)間分配也是一個(gè)值得研究的問題。相比于靜止的模型,移動過程中每個(gè)節(jié)點(diǎn)與小車的通信距離時(shí)時(shí)刻刻在發(fā)生變化。為此,本文通過離散化模型,將吞吐率最大化的充電和數(shù)據(jù)收集時(shí)間分配問題轉(zhuǎn)換為一個(gè)0-1規(guī)劃問題,然后求出這個(gè)問題的上下界,并通過分支定界法求得了問題的最優(yōu)解。接著討論了網(wǎng)絡(luò)吞吐率與小車運(yùn)動速度的關(guān)系,證明網(wǎng)絡(luò)吞吐率與小車的運(yùn)動速度無關(guān)。最后,將上述問題小車的運(yùn)動軌跡從直線擴(kuò)展到圓并提出了相應(yīng)的策略。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,本文提出的策略相比于傳統(tǒng)策略具有更高的吞吐率,但是,本文的策略未考慮充電與數(shù)據(jù)收集之間轉(zhuǎn)換時(shí)的時(shí)間和能量花銷。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)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;TP274.2
【圖文】：

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文以1W或3W功率發(fā)射的工作在915MHz的發(fā)送機(jī)就是一個(gè)專用射頻能量源的典8]。然而，部署專用的射頻源會提高網(wǎng)絡(luò)的成本。而且，考慮輻射可能帶來的健射頻源的發(fā)射功率一般都會受到限制。由于這個(gè)限制，許多專用的射頻源可能需，以滿足用戶需求。作為專用的射頻能量收集過程的射頻源是完全可控的，它更具有服務(wù)質(zhì)量約束的應(yīng)用。而且，專用射頻源可以是移動的，它可以定期移動和量轉(zhuǎn)移到傳感器節(jié)點(diǎn)。ultan 等人對射頻能量捕獲方式及其優(yōu)化做了闡述[39]。一般將捕獲環(huán)境中射頻能量為三個(gè)部分：用合適的天線捕獲射頻信號；采用合適的整流電路進(jìn)行整流；直接到的能量或?qū)⑵鋬Υ嬖陔姵鼗螂娙堇铩＿@三個(gè)過程也分別對應(yīng)能量捕獲的三個(gè)圖 1-1 所示。

圖 3-1 系統(tǒng)模型圖 3-1 所示x y的矩形區(qū)域，內(nèi)有一個(gè)靜態(tài)服務(wù)（圖中笑臉）和若干個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)（圖中小圓圈）。數(shù)據(jù)，小車負(fù)責(zé)從服務(wù)站出發(fā)到達(dá)某個(gè)地點(diǎn)以射頻能收集其感應(yīng)到的數(shù)據(jù)，然后前往下一個(gè)地點(diǎn)重復(fù)上服務(wù)站換電池的時(shí)間相比其給節(jié)點(diǎn)充電以及收集數(shù)，且認(rèn)為小車的電池容量足夠大，能夠完成每個(gè)周期車停靠的地點(diǎn)，我們將所有節(jié)點(diǎn)根據(jù) k-中心點(diǎn)輪換（圖中黑色小圓圈）作為小車的停靠地點(diǎn)。假設(shè)傳感半徑為 z '，小車給節(jié)點(diǎn)充電時(shí)能夠輻射的范圍（圖中要初步確定簇的總數(shù)目，用半徑為 的圓以相切的方

覆蓋所有節(jié)點(diǎn)的情況作為最后結(jié)果；否則每次將 增加 1 重復(fù) k蓋所有節(jié)點(diǎn)。終分簇結(jié)果后，對于所有簇，我們采用旅行商問題（TSP）的近似序和路徑以減小不必要的時(shí)間消耗[25]。對于每一個(gè)簇，我們根據(jù)簇節(jié)點(diǎn)的平均剩余能量分配小車在該簇的停留時(shí)間：1 2 mlQ Q Q Qv 1 21 2mmN NNQ Q Q 一個(gè)周期的總時(shí)間，簇jC 分配到的時(shí)間為jQ ， /j j jN n e表示簇j （其值為簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)平均剩余能量占電池容量的比例）的比值，l 表v 表示小車的運(yùn)動速度。

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本文編號：2798048