可充點無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗模型及充電策略研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)興起和發(fā)展成為數(shù)字信息世界和物理真實世界的紐帶，為信號與信息處理方向的研究帶來了新的機遇，同時，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量相關(guān)問題始終是該領(lǐng)域研究的熱點問題。無線傳感器節(jié)點能源受限一直是阻礙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)長期工作的瓶頸。已有學者在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)路由、MAC協(xié)議、能量控制、跨層優(yōu)化及外部能量獲取領(lǐng)域進行研究。近年來，新興的無線能量傳輸技術(shù)為無線傳感器節(jié)點能量補給帶來了曙光

2、。對無線傳感器節(jié)點進行遠距離無線能量補給，可有效地解決無線傳感器節(jié)點能源受限的問題，然而國內(nèi)外對引入無線能量傳輸設(shè)備后的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究才剛起步。本文利用最優(yōu)化方法，通過深入分析引入無線能量補給設(shè)備的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型，提出一系列優(yōu)化問題并求解，得到不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下的無線能量補給設(shè)備和無線傳感網(wǎng)絡(luò)的工作策略。本文的研究成果如下:
　　(1)提出單基站可充電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)拓撲下的動態(tài)模型。該動態(tài)模型反映無線傳感器節(jié)點和無線能量

3、補給設(shè)備在不同時刻需要滿足的約束條件。無線能量補給設(shè)備通過遍歷網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有傳感器節(jié)點進行能量補給，使其不會因為放電過度而失效。為盡可能減少無線能量補給設(shè)備的工作時間而更長地駐留在維護站，提出了動態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型下的優(yōu)化問題，并通過推導和證明將其轉(zhuǎn)化為具有等優(yōu)性的線性規(guī)劃問題。求解該優(yōu)化問題后，得到無線能量補給設(shè)備的最佳遍歷路徑、充電時長和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)數(shù)據(jù)路由策略。
　　(2)提出單基站可充電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)拓撲下的動態(tài)模型。在該

4、模型中，無線能量補給設(shè)備在遍歷無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點時，也擔任數(shù)據(jù)收集任務(wù)，從節(jié)點處接收數(shù)據(jù)。而被充電的節(jié)點作為簇頭節(jié)點從簇內(nèi)其他節(jié)點處接收信息，并直接傳輸給無線能量補給設(shè)備。由于無線能量補給設(shè)備需要遍歷網(wǎng)絡(luò)中所有傳感器節(jié)點，那么擔任簇頭的傳感器節(jié)點和簇的劃分不是固定不變的。與靜態(tài)拓撲模式下的模型不同，需要研究不同時刻不同傳感器節(jié)點需要滿足的約束條件，并提出相應(yīng)的優(yōu)化問題。通過求解該優(yōu)化問題，得到單基站可充電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)拓撲模式

5、下節(jié)點動態(tài)分簇策略、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)路由策略及無線能量補給設(shè)備的工作策略。
　　(3)提出多基站可充電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)模型。在較為廣闊的區(qū)域內(nèi)布設(shè)多個基站，可有效地減少無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x和跳數(shù)，從而降低無線傳感器節(jié)點的能耗。通過分析之前兩個研究成果，提出無線傳感器節(jié)點活躍度的概念，建立多基站可充電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)模型并提出相應(yīng)優(yōu)化問題。通過求解該優(yōu)化問題，得到在最大化網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點活躍度目標下的數(shù)據(jù)路由、通信功率控制及無