無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)充電算法研究與設(shè)計(jì).pdf

1、近年來(lái)，隨著無(wú)線通信和硬件技術(shù)的進(jìn)步，WSN得到了飛速的發(fā)展。基于WSN的應(yīng)用也從美國(guó)軍方領(lǐng)域擴(kuò)散到了生活中的方方面面，如環(huán)境監(jiān)測(cè)、森林火災(zāi)預(yù)警、家庭應(yīng)用自動(dòng)化、身體健康監(jiān)測(cè)甚至旱農(nóng)作業(yè)等。然而，傳感器節(jié)點(diǎn)的電量有限問(wèn)題已經(jīng)成為阻礙WSN發(fā)展的最關(guān)鍵因素之一。受節(jié)點(diǎn)體積的影響，采用電池供電的傳感器節(jié)點(diǎn)僅僅存儲(chǔ)有極小容量的電池。此外，傳感器網(wǎng)絡(luò)通常由大規(guī)模數(shù)量的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，這些節(jié)點(diǎn)往往隨機(jī)散布在危險(xiǎn)、惡劣甚至無(wú)人員到達(dá)過(guò)的原始環(huán)境中，

2、一經(jīng)部署便極難維護(hù)甚至不可維護(hù)。基于此限制，通過(guò)更換電池為傳感器節(jié)點(diǎn)持續(xù)供能完全不現(xiàn)實(shí)，節(jié)點(diǎn)能限問(wèn)題早已變成WSN研究過(guò)程中的一大核心問(wèn)題，亟待解決，如何解決WSN節(jié)點(diǎn)的能量受限問(wèn)題，具有戰(zhàn)略性的意義。在能量管理方面，國(guó)內(nèi)外研究人員致力于節(jié)點(diǎn)環(huán)境能量收集和節(jié)能這兩方面的研究，并且取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。然而，節(jié)能僅僅可以延長(zhǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的壽命，而能量采集由于技術(shù)限制和環(huán)境的影響也是不穩(wěn)定、不可靠的。近期在無(wú)線能量傳輸和可充電鋰電池技術(shù)的突破為無(wú)

3、線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供能提供了可能：攜帶者高電量的移動(dòng)車(chē)輛或機(jī)器人來(lái)充當(dāng)移動(dòng)充電器周期性的為傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸能量。
　　本文首先從體系結(jié)構(gòu)、特征等方面對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)做了簡(jiǎn)要的概述，然后詳細(xì)的介紹了移動(dòng)充電領(lǐng)域所涉及到的相關(guān)技術(shù)，包括節(jié)能技術(shù)、能量收集技術(shù)以及無(wú)線充電技術(shù)等。通過(guò)引入能量上下限的概念，把無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)充電問(wèn)題問(wèn)題轉(zhuǎn)化為基于時(shí)間窗的車(chē)輛路徑問(wèn)題，這是一個(gè)經(jīng)典的多旅行商問(wèn)題。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)具有不同能

4、量消耗率的前提下，基于傳感器節(jié)點(diǎn)具有充電閾值上下限的事實(shí)，合理的為每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)定義需要充電的時(shí)間上限和下限，設(shè)計(jì)出最合理的路徑規(guī)劃算法，完成對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的充電。隨后，本文定量分析了網(wǎng)絡(luò)半徑及所需的移動(dòng)充電器數(shù)量與傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，移動(dòng)充電器所攜帶的能量等之間的定量關(guān)系。在此基礎(chǔ)之上，提出了一個(gè)近似算法。通過(guò)添加虛擬點(diǎn)的方式，將該多旅行商問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單旅行商問(wèn)題，通過(guò)近似算法構(gòu)造出可行解；將所構(gòu)造出的可行解使用2-opt的局部?jī)?yōu)化方法進(jìn)行