無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)（WRSN）利用無線能量傳輸技術(shù),通過移動充電節(jié)點（MCV）對傳感器節(jié)點充電來延長WRSN的網(wǎng)絡(luò)生存期。目前集中在MCV的部署和軌跡規(guī)劃的研究工作較多,且已經(jīng)取得很好的進展,但是仍存在充電效率低、MCV能耗高、聯(lián)合優(yōu)化目標(biāo)少等問題,其中如何設(shè)計多目標(biāo)（例如MCV的能耗、節(jié)點覆蓋、充電效率）的聯(lián)合優(yōu)化問題,是延長WRSN的網(wǎng)絡(luò)生存期的關(guān)鍵。本文將常規(guī)WSN的LEACH協(xié)議引入WRSN,旨在傳統(tǒng)LEACH協(xié)議中增加充電階段,為研究MCV動態(tài)部署優(yōu)化問題提供框架基礎(chǔ)。進一步基于無線充電模型、通信消耗模型和移動消耗模型演化出WRSN網(wǎng)絡(luò)中MCV動態(tài)部署的多目標(biāo)優(yōu)化模型（MCVDOS MaOP）。模型包括四個優(yōu)化目標(biāo):（1）同時增加MCV充電范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點數(shù)量;（2）減少MCV的移動能耗;（3）剩余能量最小的傳感器節(jié)點優(yōu)先被充電;（4）使MCV更接近其覆蓋范圍內(nèi)的所有傳感器節(jié)點。之后進一步證明了MCVDOS MaOP是一個NP難問題。針對MCVDOS模型分別構(gòu)建了單目標(biāo)線性加權(quán)優(yōu)化問題和多目標(biāo)優(yōu)化問題,并提出相應(yīng)的改進算法進行求解:MCVDOS MaOP場景中的單目標(biāo)優(yōu)化... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)示意圖

第2章系統(tǒng)模型中優(yōu)化問題的構(gòu)建11第2章系統(tǒng)模型中優(yōu)化問題的構(gòu)建本章介紹了相關(guān)的系統(tǒng)模型，如LEACH通信協(xié)議、WRSN網(wǎng)絡(luò)模型、無線充電模型、MCV移動消耗模型和傳感器節(jié)點的能量消耗模型和多目標(biāo)優(yōu)化模型。另外，對WRSN中的MCV動態(tài)部署優(yōu)化問題進行數(shù)學(xué)建模，構(gòu)建了多目標(biāo)優(yōu)化問題MCVDOS，總結(jié)了網(wǎng)絡(luò)運行時所需要的滿足的約束條件。其中，MCVDOS包括四個優(yōu)化目標(biāo)，并證明該多目標(biāo)優(yōu)化問題的復(fù)雜度是NP難問題。2.1系統(tǒng)模型2.1.1LEACH協(xié)議WSN的通信協(xié)議包括兩種：平面路由協(xié)議和分層路由協(xié)議，其中平面路由協(xié)議有Flooding、SPIN、SAR和定向擴散等，此協(xié)議在通信時需維持路由表而造成大量占據(jù)存儲空間，故在大規(guī)模場景中的效率低于分層路由協(xié)議[34]，故在本文中將研究重點放在分層路由算法上。其中，LEACH協(xié)議是比較成熟且具有代表性的分層路由算法，可有效的降低WRSN的電量損耗，延長網(wǎng)絡(luò)生存期。LEACH協(xié)議是一種用于WSN中數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡凸淖赃m應(yīng)集群路由協(xié)議[35]，它主要目的是最大程度地減少傳感器節(jié)點的能耗。在LEACH中，將節(jié)點組織成群集并通過節(jié)點收集的數(shù)據(jù)，然后將節(jié)點收集到的數(shù)據(jù)傳輸給群簇頭節(jié)點（CH）進行信息融合，然后，CH將融合的數(shù)據(jù)發(fā)送到基站BS。在LEACH算法的每輪中，都使用隨機算法來確定每個集群中的節(jié)點是否將成為CH。如圖2.1所示，LEACH協(xié)議由許多“輪”組成，每個“輪”包括建簇階段和數(shù)據(jù)收集階段。圖2.1LEACH協(xié)議的示意圖第一階段：建簇階段。在LEACH每個輪開始時，每個傳感器節(jié)點都會生成

第2章系統(tǒng)模型中優(yōu)化問題的構(gòu)建13圖2.2帶有MCV的WRSN的示意圖2.1.3無線充電模型采用無線識別和傳感平臺（WISP）-reader的充電模型，發(fā)射器會向接收器提供連續(xù)的射頻能量[35]，該模型只需要考慮充電環(huán)境和射頻能量發(fā)射器與接收器之間的距離，也可以應(yīng)用于一個射頻能量發(fā)射器對多個接收器的場景，其中，發(fā)射器和接收器之間的充電效率表示為[26]：2()4()srpGGLd=+……………………………(2.2)其中，d是MCV與傳感器節(jié)點之間的距離，GS是發(fā)送器的天線增益，Gr是接收器天線增益，l是波長[35]，LP是極化損耗，h是整流器效率，b是調(diào)整Friis’自由空間方程中短距離傳輸?shù)奶炀�功率參數(shù)。在公式2.2中所示，除d以外的所有參數(shù)均為常量，是由應(yīng)用場景決定的。因此，為了便于描述將所有常量規(guī)為同一個常量，公式2.2可以簡化為：2(d)=+…………………………………(2.3)其中，代表由其他常數(shù)參數(shù)（公式2.2.中的GS，Gr，LP，l和h）組成的綜合因子常量，傳感器節(jié)點Si的接收功率Pi為[35]：01NinnPP==………………………………(2.4)其中,P0是MCV的發(fā)射功率，ui是Sj和Ci之間的充電效率。由公式2.4和


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