發(fā)布時(shí)間：2020-10-24 05:21

　　 在傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,依靠電池供電的傳感器節(jié)點(diǎn)由于其自身儲(chǔ)能的限制導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的使用壽命縮短,嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)性能。伴隨著無線電能傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開始采用無線充電的方式獲取能量,從而促進(jìn)無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)的誕生和發(fā)展。這種新興的傳感器網(wǎng)絡(luò)由于其充電的便捷性以及帶來的傳感網(wǎng)整體壽命提升而獲得較為廣泛的關(guān)注。然而,無線充電技術(shù)也伴隨著高強(qiáng)度的電磁輻射以及較高的能量損耗等問題,對(duì)其在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用推廣造成了障礙。本文針對(duì)靜態(tài)充電器的布置和移動(dòng)充電器的調(diào)度問題進(jìn)行研究,目的是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)充電效用,提高整體性能。對(duì)靜態(tài)充電器的布置,我們首次考慮電磁輻射安全,給出一種安全充電條件下使得充電效用最大化的靜態(tài)充電器布置方案,具有很強(qiáng)的理論和現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)移動(dòng)充電器的調(diào)度,我們?cè)谇叭斯ぷ鞯幕A(chǔ)上去除一些不合理的假設(shè),給出一種面向隨機(jī)事件獲取中的充電器和傳感器聯(lián)合調(diào)度方案,對(duì)實(shí)際應(yīng)用有較大指導(dǎo)意義�？傮w來說,本文的主要貢獻(xiàn)有：一、我們首次將安全充電和充電器的布置聯(lián)合起來考慮,提出一種安全充電下的無線充電器布置方案PESAo在PESA中我們的目標(biāo)是通過設(shè)計(jì)一種無線充電器的布置方法,在保證充電區(qū)域內(nèi)任意位置電磁輻射安全的基礎(chǔ)上,最大化整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的充電效用。二、在PESA的處理中我們通過使用區(qū)域離散劃分將問題轉(zhuǎn)換為多維O/1背包問題,并針對(duì)此問題提出一種快速的近似算法來解決。為了進(jìn)一步提高運(yùn)算的速度,我們又提出二次區(qū)域劃分的方法來優(yōu)化我們的方案。我們證明此算法好于PESA問題最優(yōu)解的(1-ε),并且電磁輻射強(qiáng)度的閾值更小、覆蓋半徑更大。最后我們通過設(shè)置仿真實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)來對(duì)我們的算法進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)表明在充電效用上我們的結(jié)果好于先前工作的45.7%。三、對(duì)移動(dòng)充電器調(diào)度方案的設(shè)計(jì),我們提出一種面向隨機(jī)事件獲取中的充電器和傳感器聯(lián)合調(diào)度方案CHASE。在CHASE中,我們的目標(biāo)是綜合考慮充電器的充電時(shí)間和傳感器的工作時(shí)間來完成移動(dòng)充電器和傳感器的聯(lián)合調(diào)度,從而最大化隨機(jī)事件的監(jiān)測(cè)質(zhì)量。四、在CHASE中我們通過將問題進(jìn)行分解給出快速解決此問題的近似算法。之后我們通過仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)算法進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)表明我們的算法具有較小的能量消耗,低于基準(zhǔn)算法的37%和較高的能量效用,高于基準(zhǔn)算法的53%。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TP212.9;TN929.5
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
        1.1.2 無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)
    1.2 問題與挑戰(zhàn)
    1.3 本文工作
    1.4 本文組織結(jié)構(gòu)
第二章 相關(guān)工作
    2.1 安全充電問題
    2.2 靜態(tài)充電器的布置問題
    2.3 可移動(dòng)充電器的調(diào)度問題
第三章 理論基礎(chǔ)
    3.1 無線充電相關(guān)模型介紹
        3.1.1 充電器充電模型
        3.1.2 傳感器充電效用模型
        3.1.3 電磁輻射強(qiáng)度模型
    3.2 隨機(jī)事件監(jiān)測(cè)相關(guān)模型介紹
        3.2.1 傳感器工作和能耗模型
        3.2.2 事件發(fā)生與監(jiān)測(cè)模型
    3.3 數(shù)學(xué)模型介紹
        3.3.1 多維0/1背包問題
        3.3.2 旅行商問題
        3.3.3 子模函數(shù)最大化問題
    3.4 本章小結(jié)
第四章 一種安全充電下的充電器布置方案PESA
    4.1 引言
    4.2 問題描述
        4.2.1 系統(tǒng)模型
        4.2.2 問題形式化
    4.3 基本解決方案
        4.3.1 區(qū)域離散化
        4.3.2 問題重構(gòu)與近似算法
    4.4 優(yōu)化解決方案
        4.4.1 重區(qū)域劃分
        4.4.2 移除策略給定下的近似最優(yōu)布置方案
        4.4.3 移除策略選擇與性能分析
    4.5 仿真實(shí)驗(yàn)
        4.5.1 參數(shù)設(shè)置
        4.5.2 基準(zhǔn)算法設(shè)置
        4.5.3 性能比較
    4.6 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)
        4.6.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
        4.6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    4.7 本章小結(jié)
第五章 一種隨機(jī)事件獲取中的充電器和傳感器聯(lián)合調(diào)度方案CHASE
    5.1 引言
    5.2 問題描述
        5.2.1 系統(tǒng)模型
        5.2.2 QoM的計(jì)算方法
        5.2.3 問題形式化
    5.3 理論分析
    5.4 解決方案的提出
    5.5 性能驗(yàn)證
        5.5.1 仿真環(huán)境設(shè)置
        5.5.2 基準(zhǔn)算法設(shè)置
        5.5.3 能量消耗比較
        5.5.4 能量效用比較
        5.5.5 深入討論
    5.6 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 工作總結(jié)
    6.2 研究展望
致謝
參考文獻(xiàn)
簡(jiǎn)歷與科研成果

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本文編號(hào)：2854073