【摘要】：無線充電技術(shù)被認為是解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)能量受限問題的一種有前途的解決方案。在很多惡劣的地形下,采用移動充電器的方法往往不可行,因此需要使用多個固定的充電器對WSN進行遠程充電。顯然,如果這些充電器使用不同頻率,那么將會占用太多的無線信道資源,而如果這些充電器的無線充電信號采用相同的頻率,則由于無線電干涉,使得多個充電器在單個傳感器節(jié)點上的充電效率不再是簡單的單個充電器充電效率之和。它們會因部署地點的特殊性,使得多個同頻充電器的充電效率相互抵消,也可能因為地點的特殊性,使得多個充電器的充電效率顯著大于單個充電器充電效率之和。對此,本文專門制作了若干個嚴格同頻的無線充電器硬件,并實驗驗證了這一現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上,本文圍繞這樣一個問題展開研究:鑒于同頻無線充電器占用更少的信道資源,在給定傳感器網(wǎng)絡(luò)部署下,能否通過合理部署同頻無線充電器的位置,使其充電性能接近異頻充電器?針對這個問題,本文從兩個方面展開研究。一方面,在給定傳感器節(jié)點的最小充電功率門限下,所需要部署的同頻充電器數(shù)目是否能接近于異頻充電器。另一方面,在給定兩種充電器的數(shù)目情況下,同頻充電器在傳感器節(jié)點上提供的最小充電功率是否能接近相同數(shù)目的異頻充電器。然后,針對這兩種研究思路,我們分別給出問題的數(shù)學(xué)建模,證明了這兩類問題均屬于NP難問題。在此基礎(chǔ)上,本文針對這兩類問題分別設(shè)計了相應(yīng)的貪心算法并證明了第一個問題的貪心算法性能上界。本文最后對算法進行了大量的仿真實驗,實驗結(jié)果表明:1)在給定傳感器節(jié)點的無線充電功率閾值下,所需要的同頻充電器數(shù)量在多數(shù)情況下不超過異頻充電器數(shù)量的1.1倍;2)在給定充電器數(shù)量下,同頻充電器所提供的最低無線充電功率在多數(shù)情況下可達到異頻充電器的80%�？梢�,同頻充電器在僅占用一個信道資源下即可在多數(shù)情況實現(xiàn)與異頻充電器相接近的充電性能。最后,在合理部署同頻無線充電器之后,我們發(fā)現(xiàn)進一步組合調(diào)度這些同頻無線充電器的工作并不能進一步提高它們的充電效率。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文并行長距無線充電有望成為提升全網(wǎng)無線充電速度的有效辦法——通過在感器網(wǎng)絡(luò)工作區(qū)域部署多個固定充電站，，能夠?qū)^(qū)域內(nèi)傳感器節(jié)點進行聯(lián)合電。以橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測為例，如圖 1-1 所示，在大型橋梁設(shè)施上永久部署節(jié)點進行監(jiān)測，為了使傳感器節(jié)點獲取到持續(xù)不斷的能量，在橋梁上各電源近處布置固定無線充電站，實現(xiàn)對橋梁的持久監(jiān)測�？梢钥吹�，并行無線充來兩個好處：擴展單點無線充電的范圍；增強單點無線充電的功效。

多個同頻無線充電信號之間會形成干涉效應(yīng)（某些地方信號增強、而某些地方信號相互抵消），造成不同區(qū)域的信號強度具有顯著差異，使得某些區(qū)域的聯(lián)合充電效果反而不如單點無線充電，如圖1-4所示。干涉效應(yīng)的存在，導(dǎo)致網(wǎng)內(nèi)各傳感器節(jié)點的充電速度差別極為顯著。圖 1-4 同頻并行無線充電時的干涉效應(yīng)對于給定的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，我們希望在占用更少信道資源的情況下，通過合理部署充電器位置，使同頻充電器的充電性能接近異頻充電器的充電性能。為此，本文提出兩個目標作為研究內(nèi)容： 在給定無線傳感器最小充電功率門限的條件下，合理部署充電器位置，使其數(shù)目最小化。 給定無線充電器數(shù)目，合理部署其位置，使得無線傳感器節(jié)點最小充電功率最大化。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀無線充電是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中重要的組成部分，而電磁輻射(EMR)是傳感器節(jié)點獲取能量的一種經(jīng)濟有效的方式，因此經(jīng)常被用于給 WSNs 充電[1][17][18]。對于在傳感器網(wǎng)絡(luò)中采取的充電方法
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.5;TP212.9

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本文編號：2645385