可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信性能分析與優(yōu)化.pdf

1、無(wú)線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)是無(wú)須電池供能的傳感器網(wǎng)絡(luò)，由于可以使用空間中捕獲的無(wú)線能量而不需電池供電，無(wú)線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于各種無(wú)須人員長(zhǎng)期維護(hù)的場(chǎng)景，例如道路和橋梁的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)等，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　在典型的無(wú)線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)通常部署在各類物體上感知和處理相關(guān)數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，讀取器部署區(qū)域安放于固定位置或者按照一定路線移動(dòng)為節(jié)點(diǎn)通信并通過(guò)后向散射式通訊采集傳感器節(jié)點(diǎn)信息。由于無(wú)線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模特性，大量

2、節(jié)點(diǎn)可能同時(shí)響應(yīng)附近讀取器的讀取請(qǐng)求，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中的嚴(yán)重通信沖突。另一方面，不同于傳統(tǒng)RFID標(biāo)簽，無(wú)線可充電傳感器節(jié)點(diǎn)往往需要傳輸包含感知信息的更大數(shù)據(jù)包，導(dǎo)致更長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，這進(jìn)一步加重了通信沖突。
　　目前，國(guó)際上主流的通信協(xié)議EPC C1G2、ALOHA等主要通過(guò)節(jié)點(diǎn)調(diào)度來(lái)降低通信沖突，然而該類方法無(wú)法從根本上避免通信沖突。而由于充電過(guò)程與通信過(guò)程的深度耦合，通信沖突的代價(jià)很高，這類方法無(wú)法滿足大規(guī)模無(wú)線可充電傳感器

3、網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信要求。一般的無(wú)線可充電傳感器節(jié)點(diǎn)電壓需要充滿至一定的閾值以上，才能保證可靠的感知、計(jì)算、通信功能，且為充滿至所需工作電壓的充電時(shí)間與節(jié)點(diǎn)和讀取器的相對(duì)距離存在正相關(guān)關(guān)系。本文從無(wú)線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)這一獨(dú)有的充電特性出發(fā)，提出一系列新方法通過(guò)主動(dòng)調(diào)控讀取器實(shí)現(xiàn)完全無(wú)沖突通信。不同于已有通過(guò)修改介質(zhì)訪問(wèn)協(xié)議來(lái)降低通信沖突的方法，本文所提出方法使得節(jié)點(diǎn)一旦達(dá)到閾值電壓即可立刻傳輸信息，并可完全避免通信沖突從而大幅降低通信時(shí)延，并簡(jiǎn)

4、化了節(jié)點(diǎn)端和讀取器段的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。
　　論文的主要貢獻(xiàn)如下:
　　1)針對(duì)單次停留讀取器覆蓋所有節(jié)點(diǎn)的場(chǎng)景，通過(guò)引入沖突帶的概念，提出了基于幾何規(guī)劃的最優(yōu)部署策略，理論給出了沖突避免的最優(yōu)位置，實(shí)現(xiàn)通信時(shí)延的最小化。
　　2)針對(duì)多次停留讀取器可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)沖突避免問(wèn)題，證明了該問(wèn)題為NP難問(wèn)題，通過(guò)擴(kuò)展沖突帶的概念，提出了基于貪心算法的優(yōu)化讀取策略，有效降低了通信時(shí)延。
　　3)提出了利用功率控制實(shí)現(xiàn)可充電傳