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(dòng)充電節(jié)點(diǎn)（MCV）對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)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(jìn)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(jì)多目標(biāo)（例如MCV的能耗、節(jié)點(diǎn)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(dòng)態(tài)部署優(yōu)化問題提供框架基礎(chǔ)。進(jìn)一步基于無線充電模型、通信消耗模型和移動(dòng)消耗模型演化出WRSN網(wǎng)絡(luò)中MCV動(dòng)態(tài)部署的多目標(biāo)優(yōu)化模型（MCVDOS MaOP）。模型包括四個(gè)優(yōu)化目標(biāo):（1）同時(shí)增加MCV充電范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量;（2）減少M(fèi)CV的移動(dòng)能耗;（3）剩余能量最小的傳感器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)。之后進(jìn)一步證明了MCVDOS MaOP是一個(gè)NP難問題。針對(duì)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(jìn)算法進(jìn)行求解:MCVDOS MaOP場(chǎng)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

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級(jí)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(dòng)消耗模型和傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗模型和多目標(biāo)優(yōu)化模型。另外，對(duì)WRSN中的MCV動(dòng)態(tài)部署優(yōu)化問題進(jìn)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(yùn)行時(shí)所需要的滿足的約束條件。其中，MCVDOS包括四個(gè)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(kuò)散等，此協(xié)議在通信時(shí)需維持路由表而造成大量占據(jù)存儲(chǔ)空間，故在大規(guī)模場(chǎng)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(diǎn)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(diǎn)的能耗。在LEACH中，將節(jié)點(diǎn)組織成群集并通過節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)，然后將節(jié)點(diǎn)收集到的數(shù)據(jù)傳輸給群簇頭節(jié)點(diǎn)（CH）進(jìn)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(jī)算法來確定每個(gè)集群中的節(jié)點(diǎn)是否將成為CH。如圖2.1所示，LEACH協(xié)議由許多“輪”組成，每個(gè)“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(gè)輪開始時(shí)，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都會(huì)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(shí)別和傳感平臺(tái)（WISP）-reader的充電模型，發(fā)射器會(huì)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(gè)射頻能量發(fā)射器對(duì)多個(gè)接收器的場(chǎng)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(diǎn)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(chǎng)景決定的。因此，為了便于描述將所有常量規(guī)為同一個(gè)常量，公式2.2可以簡(jiǎn)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(diǎn)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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