无线可充电传感器网络的充电策略研究

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随着无线传感器网络的应用越来越广泛,节点感知与传递的信息也变得愈加复杂,传感器节点的能量问题愈发凸显。无线可充电传感器网络通过在网络中部署无线充电车,为传感器节点补充能量,防止节点因能量耗尽而失效。高效的充电策略能够让无线充电车以最小的充电代价,获得最大的网络效用,因此我们需要对网络的充电策略进行合理设计,使得网络能够持久稳定地运行。针对无线可充电传感器网络的充电策略,本文主要从以下两个方面展开研究:首先,针对周期式一对多充电网络模型,以最小化充电周期为目标,提出了一种基于能量感知的锚点选择策略。在锚点选择过程中,首先考虑传感器节点间的位置关系,根据充电半径确定每个节点的邻居节点数量,优先以邻居节点数多的节点为中心成簇,保证节点能够同时充电。每个簇内的充电时间取决于簇内节点的能耗功率与充电功率,为了缩短充电时间,选择锚点时以充电功率与能耗功率的比值作为优化目标,通过遗传算法求解每个簇内的锚点位置。仿真结果表明,本文所提锚点选择策略相较于传统基于混合聚类的锚点选择策略充电周期更短,网络能耗更低。其次,针对无线充电车能量受限的网络模型,提出了一种联合路由的充电策略。首先建立了以最大化网络中剩余能量最低传感器节点的能量为目标的优化问题。为了解决这个问题,需要确定每轮充电中节点的能耗与充电功率,因此提出了锚点与簇头节点的联合选择策略。在每轮充电中,首先基于充电半径对节点聚类,保证簇内节点能够同时充电。接着根据簇内节点的能耗中心确定充电锚点位置,再由锚点位置和簇内节点的剩余能量选出簇头节点。方案中考虑了充电车的能量约束,在充电时采用部分充电,通过优化各个锚点的充电时间,达到延长网络寿命的目标。仿真结果表明,本文所提联合充电策略相较于传统基于网格中心的能量受限充电策略具有更长的网络寿命。综上所述研究,本文提出的充电策略能够有效提高充电效率,降低网络能耗,并保证无线可充电传感器网络持久稳定运行,为今后充电策略研究提供了理论支撑,具有一定研究价值。
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