【摘要】：數(shù)據(jù)收集是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSNs)的核心任務(wù),收集和傳輸數(shù)據(jù)均會消耗傳感器節(jié)點的能量,由于傳感器節(jié)點的電池容量有限,傳感器節(jié)點最終會因能量不足而死亡,影響數(shù)據(jù)收集。傳統(tǒng)的節(jié)能以及能量收集方法的局限性較大,而新興的無線充電技術(shù)為解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量短缺問題提供了新的解決方案。在WSNs中部署裝備有無線能量接收裝置的傳感器節(jié)點與移動設(shè)備,從而構(gòu)成無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)。如何規(guī)劃移動設(shè)備的移動路徑以提高移動設(shè)備的能量效用和實現(xiàn)高效率的充電和數(shù)據(jù)收集,保證網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)運(yùn)行是WSNs研究中的熱點問題。針對傳感器節(jié)點分布稀疏的場景,移動設(shè)備采用一對一的方式對傳感器節(jié)點進(jìn)行充電和收集數(shù)據(jù),在收集傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)的同時,為其進(jìn)行充電。綜合考慮了充電和數(shù)據(jù)收集對移動設(shè)備路徑規(guī)劃的影響,在保證傳感器網(wǎng)絡(luò)持續(xù)運(yùn)行的前提下,以最大化移動設(shè)備的能量效用為目標(biāo),建立了周期性的移動設(shè)備路徑規(guī)劃問題。證明了最優(yōu)目標(biāo)需在周期時間最大時獲得,同時證明了該問題屬于NP-Complete問題。針對該問題,設(shè)計了多種群離散煙花算法(MFWA)進(jìn)行求解。實驗結(jié)果表明MFWA算法在收斂速度、穩(wěn)定性以及適應(yīng)性方面均優(yōu)于DFWA算法,并且本文提出的一對一周期性充電和數(shù)據(jù)收集規(guī)劃方案能夠有效提高移動設(shè)備的能量效用,保證網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)運(yùn)行。針對網(wǎng)絡(luò)中部分區(qū)域的傳感器節(jié)點比較密集的場景,將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個區(qū)域,移動設(shè)備采用一對多的方式對傳感器節(jié)點進(jìn)行充電和數(shù)據(jù)收集。分析了充電時間和數(shù)據(jù)收集時間與周期時間的關(guān)系,給出了移動設(shè)備在每個小區(qū)內(nèi)駐留時間的計算方法,同樣在保證傳感器網(wǎng)絡(luò)持續(xù)運(yùn)行的前提下,以最大化移動設(shè)備的能量效用為目標(biāo),構(gòu)造出周期性的移動設(shè)備路徑規(guī)劃問題。設(shè)計了基于種群熵的離散煙花算法(PE-FWA)對該問題進(jìn)行求解,并給出了最佳的解決方案。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)小區(qū)內(nèi)傳感器節(jié)點的分布情況,提出了一種駐留錨點的調(diào)整優(yōu)化策略,進(jìn)一步提高了移動設(shè)備的能量效用。實驗結(jié)果表明,PE-FWA算法得到的結(jié)果優(yōu)于DFWA算法以及MDSA算法,并且在收斂性和目標(biāo)值的分布情況上均優(yōu)于DFWA算法,同時通過種群熵變化的對比,表明PE-FWA算法能更好地均衡種群的擇優(yōu)性和多樣性。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP212.9;TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

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1 舒元超;無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析與優(yōu)化[D];浙江大學(xué);2015年

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本文編號：2748826