【摘要】：物聯(lián)網(wǎng)(Internet Of Things,IOT)是新時代信息技術(shù)的重要組成部分,也是“信息化”時代的重要發(fā)展階段,是真正意義上物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。現(xiàn)如今全球物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用增長態(tài)勢明顯,并且在未來物聯(lián)網(wǎng)的市場也將潛力無限。物聯(lián)網(wǎng)的實質(zhì)是通過信息傳感設(shè)備如傳感器、射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification,RFID)等,按照一定的約束協(xié)議將物品與互聯(lián)網(wǎng)相連以實現(xiàn)通信與信息的交換,是一種具有監(jiān)控、識別、定位、跟蹤等行為能力的智能化網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSNs)作為物聯(lián)網(wǎng)底層感知網(wǎng)絡(luò)的組成部分,是一個由大量部署在特定監(jiān)測區(qū)域內(nèi)低能耗、小體積的傳感器節(jié)點組成,并且各節(jié)點之間是以無線的方式相互通信的自組織型信息采集網(wǎng)絡(luò)。它可以廣泛地應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療健康、環(huán)境監(jiān)測及智能家居等眾多物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中。在傳統(tǒng)WSNs中,傳感器節(jié)點能量的有限性一直是阻礙WSNs發(fā)展的關(guān)鍵因素。因此能夠主動從周圍環(huán)境中完成能量收集的可充電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Rechargeable Sensor Networks,WRSNs)受到國內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注,并逐步成為了新的研究熱點。WRSNs更加適用于那些傳感器節(jié)點隨機散布于危險、惡劣、無人員長期維護的場景,不再需要人為地去定期更換電池,而是從空間中捕獲無線能量,能夠有效地解決節(jié)點能量受限問題,保證監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的長久運行。WRSNs由一定量的可以收集能量的無線可充電傳感器節(jié)點和若干個可移動的無線充電小車(Mobile Charger,MC)組成。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有能量補給需求的傳感器節(jié)點會向基站發(fā)送充電請求,基站則向休整待命的MC發(fā)送充電使命,MC接到任務(wù)之后從基站出發(fā)移動到充電區(qū)域內(nèi)開始一輪的充電調(diào)度工作。因此若想實現(xiàn)WRSNs的長久運行,則研究并設(shè)計出合理的充電規(guī)劃是很重要的一環(huán)。本文將對WRSNs中的充電規(guī)劃展開研究,主要從傳感器網(wǎng)絡(luò)模型和充電策略這兩個方面來設(shè)計適用于WRSNs的充電規(guī)劃,使得WRSNs在保證正常工作的前提下,同時具備較高的網(wǎng)絡(luò)效用。文中主要工作和貢獻包括以下幾個方面:(1)提出一種基于CLP算法的單充電車WRSNs充電調(diào)度設(shè)計。網(wǎng)絡(luò)采用非均勻分簇的多跳路由協(xié)議,每個簇選取能量最低的節(jié)點作為簇頭節(jié)點,移動充電車僅為簇頭節(jié)點充電并收集簇內(nèi)節(jié)點的能量信息。每一次充電調(diào)度完成后,移動充電車將所收集的能量信息發(fā)送至基站,基站根據(jù)馬爾科夫模型預(yù)測各簇內(nèi)節(jié)點的能耗,以優(yōu)化選取下一次的充電目標。仿真結(jié)果表明,采用CLP算法比TSP算法的網(wǎng)絡(luò)效用提高約20%,數(shù)據(jù)傳輸能力提高約17%。(2)提出一種基于K-PPER算法的多充電車WRSNs充電調(diào)度設(shè)計。網(wǎng)絡(luò)采用K-means優(yōu)化算法將WRSNs劃分成簇,并完成對簇頭競選和數(shù)據(jù)傳輸兩個階段的網(wǎng)絡(luò)性能改進。K-PPER算法采用的是每個簇對應(yīng)一個MC的充電策略。基站將以簇為單位對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)送充電請求節(jié)點進行管理,有充電請求的節(jié)點加入到歸屬簇的充電序列當中,并且在各個序列的內(nèi)部會按照節(jié)點的充電優(yōu)先級從大到小進行排序。對于滿足充電條件的簇,基站將派出MC到達簇內(nèi),按照充電序列當中的節(jié)點優(yōu)先級順序開展充電工作。實驗結(jié)果表明,K-means Improvement的網(wǎng)絡(luò)效用較K-means提高了約42%。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點數(shù)從150個遞增至400個,K-PPER算法的能量效用相比于DCLK算法提高了約4%,較DC算法的能量效用提高了約18%。
【圖文】：

能供電的 WRSNs[11]，一般使用單晶硅片為低功耗 MSP430 微控制器，此種網(wǎng)動能量供電的 WRSNs[12]，具有吸收震續(xù)震動的物體上，傳感節(jié)點利用物體于對橋梁的監(jiān)控；基于無線充電的 WR模塊、射頻前端模塊、調(diào)制解調(diào)模塊、3]，，通過捕獲環(huán)境中的無線電磁信號完成共同開發(fā)設(shè)計的新型射頻識別標簽，即電系統(tǒng)中，能量發(fā)射端設(shè)備可以使用美圖 1.1 所示為 Powercast 公司研發(fā)的 TX設(shè)備提供無線充電所需的能量。該設(shè)備 W 發(fā)射功率和 8 dBi 集成天線的射頻發(fā)射外還可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信功能。

圖 1.2 RF 能量收集接收板、天線和無線傳感器板能量傳輸技術(shù)量傳輸技術(shù)（Wireless Power Transmission， WPT）區(qū)別于其他等從自然界中獲取能量的方式，它受外界環(huán)境因素的影響較小受導(dǎo)線束縛，可以實現(xiàn)中等距離的無線式能量傳輸。WPT 在IOT 等技術(shù)領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。量傳輸技術(shù)是采用非接觸式的無線方式來實現(xiàn)電源與用電設(shè)[16]。作為實現(xiàn) WRSNs 的關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)無線能量傳輸?shù)脑矸绞酱笾聞澐譃橐韵氯怺17]。這三類 WPT[18]對比圖。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.5;TP212.9

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 戴海鵬;陳貴海;徐力杰;劉云淮;吳小兵;何田;;一種高效有向無線充電器的布置算法[J];軟件學(xué)報;2015年07期

2 董穎;蘇真真;周占穎;肖匡心;;一種基于節(jié)點剩余能量和位置的LEACH改進算法[J];四川大學(xué)學(xué)報(工程科學(xué)版);2015年02期

3 丁煦;韓江洪;石雷;夏偉;魏振春;;可充電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)拓撲問題研究[J];通信學(xué)報;2015年01期

4 趙繼軍;谷志群;薛亮;李志華;關(guān)新平;;WSN中層次型拓撲控制與網(wǎng)絡(luò)資源配置聯(lián)合設(shè)計方法[J];自動化學(xué)報;2015年03期

5 翟東海;魚江;高飛;于磊;丁鋒;;最大距離法選取初始簇中心的K-means文本聚類算法的研究[J];計算機應(yīng)用研究;2014年03期

6 錢志鴻;王義君;;面向物聯(lián)網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜述[J];電子與信息學(xué)報;2013年01期

7 劉強;黃小紅;冷延鵬;李龍江;毛玉明;;一種面向物聯(lián)網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署策略(英文)[J];中國通信;2011年08期

8 李超良;胡春華;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中面向動態(tài)多跳的非均勻分簇路由[J];中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

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

2 郭新;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議及數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究[D];華南理工大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 呂楊;無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)充電規(guī)劃研究[D];吉林大學(xué);2017年

2 蘇真真;基于分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究與改進[D];吉林大學(xué);2016年

3 李紫薇;無線可充電傳感器節(jié)點開發(fā)與能量管理研究[D];浙江大學(xué);2014年

4 江發(fā)昌;無線充電傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2012年

5 武秋紅;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)[D];電子科技大學(xué);2009年

6 楊佑祿;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)節(jié)點設(shè)計與實現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2009年

本文編號：2676129