无线传感网络的移动充电调度优化方法

作     者：陈路 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐向华;江正元

授予年度：2019年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 0802[工学-机械工程] 

主      题：无线可充电传感网络 移动小车 全向无线充电模型 定向无线充电模型 网络寿命 

摘      要：传统的传感器节点配备电池维持工作,由于电池容量有限,导致整个网络的寿命也是有限的,现今,可以利用无线充电技术延长网络寿命。本文将无线充电器放置在移动小车上,组合为移动无线充电小车,调度移动无线充电小车对网络中的节点充电。无线充电模型可以分为单节点模型和多节点模型,多节点模型根据其覆盖范围又可以分为全向无线充电模型和定向无线充电模型。本文针对全向无线充电模型和定向无线充电模型,分别提出了移动调度优化方法。本文主要研究工作如下:（1）研究了基于全向无线充电模型的移动充电调度优化方法,优化目标是最大化网络寿命。文中解决了两个问题,第一个问题是确定充电小车的停止点,该问题是一个NP难问题,第二个是确定充电小车在每个停止点的充电时长。为了解决上述问题,本文提出了两个算法。第一个是停止点选择算法,该算法首先根据全向无线充电模型的覆盖范围确定了充电小车的停止区域,然后以最大化节点接收功率之和为目标确定了每个停止区域内的最佳停止点。第二个是多轮调度算法,该算法基于二分搜索的思想确定充电小车在每个停止点能够停留的最长时间,使得节点能够接收到最多的能量,达到尽可能延长网络寿命的目的。（2）首次研究了基于定向无线充电模型的移动充电调度优化方法,优化目标是在确保网络无限运行的前提下最大化充电小车能量利用率。为了解决该优化问题,本文首先提出了定向充电覆盖效用定义,并将二维平面内充电小车停止点及其方向选择转化为同时最少化停止次数、最大化覆盖效用之和的双目标优化问题。在证明了该优化问题为NP难问题后,提出了近似算法。然后,给出了充电周期的计算方法,并证明了周期内没有节点会耗尽能量。接着,通过理论分析给出了单个定向充电小车能够服务的网络规模。最后,通过仿真实验证明了算法的有效性。