本文關(guān)鍵詞：可持續(xù)能量收集無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量建模與優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 太陽(yáng)能 節(jié)點(diǎn) 能量收集 能量管理 占空比

【摘要】：隨著能量收集技術(shù)研究的不斷深入,配備能量收集設(shè)備的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)能夠?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供更加優(yōu)秀的能量解決方案。能量收集無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(EH-WSNs:Energy Harvesting Wireless Sensor Networks)克服了傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)存在的諸多缺陷:有限的電池存儲(chǔ)容量、不可預(yù)測(cè)的電池壽命以及極高的維護(hù)成本等,因此也逐漸成為近年來(lái)諸多科研工作者努力探索與研究的焦點(diǎn)之一。能量收集無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)能量收集設(shè)備,比如太陽(yáng)能電池板,源源不斷地獲取環(huán)境中的能量并轉(zhuǎn)換成電能,作為無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定電源。理論上,如果無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的能量收集功率恒大于能量消耗功率,就可以保證能量的可持續(xù)性,使得無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的生命周期達(dá)到無(wú)限并且無(wú)需人工維護(hù),能夠一勞永逸地解決傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)存在的固有缺陷。本文的理論研究主要針對(duì)固定式的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),并分別從優(yōu)化能量收集效率和優(yōu)化能量調(diào)度策略的角度,重點(diǎn)涉及兩個(gè)方面的內(nèi)容:其一,針對(duì)太陽(yáng)能收集的隨機(jī)性與不確定性等特點(diǎn),基于太陽(yáng)光線入射規(guī)律和能量計(jì)算模型,本文提出了針對(duì)任意地理位置和時(shí)間區(qū)間的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的部署與優(yōu)化策略,使得能量收集效率達(dá)到最優(yōu);其二,根據(jù)確定的節(jié)點(diǎn)部署策略,以及超低功耗無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗規(guī)律,設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的能量管理模型,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)能量調(diào)度算法:動(dòng)態(tài)占空比算法和能量再分配算法�；谏鲜鲅芯�?jī)?nèi)容,本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)部署與調(diào)度系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括三個(gè)功能模塊:網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控模塊、節(jié)點(diǎn)部署與優(yōu)化策略模塊和動(dòng)態(tài)能量調(diào)度模塊。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控模塊作為太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程終端,通過(guò)UART串口連接到整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),實(shí)時(shí)顯示整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的感知信息與工作狀態(tài);節(jié)點(diǎn)部署模塊主要針對(duì)本文提出的節(jié)點(diǎn)部署與優(yōu)化策略,根據(jù)用戶指定的一系列參數(shù)信息,基于晴天/非晴天能量計(jì)算模型,生成太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的部署策略和起止時(shí)間之內(nèi)的能量分布規(guī)律;動(dòng)態(tài)能量調(diào)度模塊與節(jié)點(diǎn)級(jí)應(yīng)用程序直接相關(guān),實(shí)時(shí)顯示無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及節(jié)點(diǎn)的能量調(diào)度狀態(tài)。作為動(dòng)態(tài)能量調(diào)度模塊的一部分,本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)級(jí)嵌入式動(dòng)態(tài)能量調(diào)度算法:動(dòng)態(tài)占空比算法和能量再分配算法,并根據(jù)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)算法的合理性進(jìn)行驗(yàn)證。
【關(guān)鍵詞】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 太陽(yáng)能 節(jié)點(diǎn) 能量收集 能量管理 占空比
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題來(lái)源及研究意義9-10
• 1.1.1 課題來(lái)源9
• 1.1.2 課題研究意義9-10
• 1.2 課題相關(guān)理論及技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 能量收集無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 課題研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排13-15
• 第2章 太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)能量計(jì)算模型15-30
• 2.1 節(jié)點(diǎn)能量收集與能量消耗規(guī)律及相關(guān)分析15-20
• 2.1.1 節(jié)點(diǎn)能量收集規(guī)律及相關(guān)分析15-17
• 2.1.2 節(jié)點(diǎn)能量消耗規(guī)律及相關(guān)分析17-20
• 2.2 節(jié)點(diǎn)太陽(yáng)輻射能量計(jì)算模型20-27
• 2.2.1 不同季節(jié)下太陽(yáng)光線入射規(guī)律及相關(guān)分析20-23
• 2.2.2 節(jié)點(diǎn)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算23-27
• 2.3 節(jié)點(diǎn)晴天與非晴天能量計(jì)算模型27-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)部署與優(yōu)化策略30-40
• 3.1 節(jié)點(diǎn)部署模型30-32
• 3.1.1 節(jié)點(diǎn)部署傾斜角與方位角30-31
• 3.1.2 太陽(yáng)能電池板傾斜角與太陽(yáng)光線31
• 3.1.3 節(jié)點(diǎn)日出日落時(shí)角與日照時(shí)間的確定31-32
• 3.2 節(jié)點(diǎn)傾斜角部署策略32-35
• 3.2.1 針對(duì)任意時(shí)間區(qū)間的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度計(jì)算33-34
• 3.2.2 針對(duì)任意時(shí)間區(qū)間的電池板傾斜角的部署策略34-35
• 3.3 節(jié)點(diǎn)方位角部署策略35-37
• 3.4 節(jié)點(diǎn)工作區(qū)間優(yōu)化策略37
• 3.5 針對(duì)不同時(shí)間區(qū)間的節(jié)點(diǎn)部署與優(yōu)化策略仿真實(shí)驗(yàn)37-39
• 3.6 本章小結(jié)39-40
• 第4章 太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)能量管理模型與動(dòng)態(tài)能量調(diào)度策略40-54
• 4.1 節(jié)點(diǎn)能量管理模型40-45
• 4.1.1 節(jié)點(diǎn)時(shí)隙序列40-42
• 4.1.2 節(jié)點(diǎn)能量收集與儲(chǔ)存模型42-44
• 4.1.3 節(jié)點(diǎn)修正電壓與功率44-45
• 4.2 節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)能量調(diào)度策略45-50
• 4.2.1 初始化占空比序列45-47
• 4.2.2 動(dòng)態(tài)占空比算法47-49
• 4.2.3 能量再分配算法49-50
• 4.3 節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)能量調(diào)度算法實(shí)驗(yàn)分析50-52
• 4.4 本章小結(jié)52-54
• 第5章 節(jié)點(diǎn)部署與調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)54-77
• 5.1 開(kāi)發(fā)工具EZ430-RF2500-SEH簡(jiǎn)介54-55
• 5.2 基于Simplici TI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的應(yīng)用層數(shù)據(jù)通訊協(xié)議和報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)策略55-63
• 5.2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇56-57
• 5.2.2 數(shù)據(jù)通訊協(xié)議和報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)策略57-63
• 5.3 節(jié)點(diǎn)部署與調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)63-71
• 5.3.1 節(jié)點(diǎn)部署與調(diào)度系統(tǒng)概述63-65
• 5.3.2 節(jié)點(diǎn)部署與調(diào)度系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)65-70
• 5.3.3 嵌入式動(dòng)態(tài)占空比和能量再分配程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)70-71
• 5.4 節(jié)點(diǎn)部署與調(diào)度系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)成果展示71-75
• 5.5 本章小結(jié)75-77
• 結(jié)論77-79
• 參考文獻(xiàn)79-85
• 致謝85

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本文編號(hào)：868203