無線可充電傳感器網絡充電調度研究.pdf

1、基于磁耦合諧振的無線充電技術為解決無線傳感器網絡的能量問題提供了潛在的解決方法。但在保證網絡可持續(xù)運行的情況下，如何提高充電設備工作效率、平衡網絡能量、滿足網絡動態(tài)能量需求至關重要。本文以延長無線傳感器網絡壽命為目標，利用磁耦合諧振技術與諧振中繼器傳輸模型，從充電設備與傳感器節(jié)點、傳感器節(jié)點與傳感器節(jié)點、充電設備與充電設備三個關系層面進行研究，完成的主要研究工作和成果如下:
　　(1)能量有限的單移動充電設備充電調度策略。為了保證

2、一對多節(jié)點充電規(guī)劃的可調度性，減少充電設備的路徑移動能耗，根據磁耦合諧振技術的有效充電范圍，采用蜂窩網狀結構將網絡分割成若干充電區(qū)域，提出了基于移動充電設備的無線充電調度策略?？紤]到實際移動設備能量通常都是有限的，在每個充電周期綜合考慮移動設備能量、節(jié)點剩余能量等，提出了自適應動態(tài)算法自動選擇k塊充電區(qū)域。充電路徑規(guī)劃時，采用實時性較好的彈性網絡算法來滿足網絡節(jié)點充電需求。仿真結果表明，充電設備能量大小會直接影響網絡總能量與最小剩余能量

3、，所提策略在設備能量有限時能夠最大化網絡最小能量，延長網絡的生命周期。
　　(2)配置磁耦合諧振中繼器的無線多跳能量傳輸策略。針對一對多節(jié)點充電模型中能量傳輸效率受限于能量傳輸半徑這一問題，利用配置諧振中繼器的無線能量傳輸模型，提出了移動充電設備的無線多跳能量傳輸策略，以及充電區(qū)域內部的節(jié)點能量傳輸協(xié)議。多跳能量傳輸策略在每個充電區(qū)域內構建最小生成樹，依次優(yōu)化每個節(jié)點的能量多跳傳輸路徑，提高充電設備對傳感器節(jié)點的充電效率。在節(jié)點能

4、量傳輸協(xié)議中，以減少區(qū)域充電時間為目標，利用多跳能量傳輸策略，在節(jié)點剩余能量下降至指定閾值時發(fā)送充電請求至充電區(qū)域內其它節(jié)點，實現(xiàn)節(jié)點之間的能量傳輸，均衡節(jié)點剩余能量。仿真結果表明，所提策略以及協(xié)議能夠降低每個區(qū)域的充電時間，使節(jié)點剩余能量更均勻，網絡能量波動更小。
　　(3)多移動充電設備的分區(qū)協(xié)作式充電策略。針對無線傳感器網絡中分布著一些處于偏遠位置的節(jié)點，超出任意單充電設備最大可覆蓋范圍的問題，以及過多使用造價昂貴充電設備導

5、致的傳感器網絡成本過高問題，提出一種多移動充電設備的分區(qū)協(xié)作式充電策略。該策略采用停留、等待協(xié)作充電模型，利用磁耦合諧振技術實現(xiàn)充電設備之間的能量傳輸，以最小化移動充電設備數量為目標，在每個充電周期動態(tài)選擇部分傳感器節(jié)點進行路徑規(guī)劃。接著根據路徑上距離服務站最遠節(jié)點將網絡分成兩個區(qū)域分別進行充電任務規(guī)劃，為各個充電設備分配待充電的節(jié)點集，并規(guī)劃設備之間的充電停留點。仿真結果表明，在保證所有節(jié)點被移動設備覆蓋的前提下，所提策略能以較少的充