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无线可充电传感网的k-栅栏构建与充电优化调度

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无线可充电传感网的k-栅栏构建与充电优化调度

作者：李腾龙杭州电子科技大学

学位级别：硕士

覆盖与无线充电问题一直是无线传感器网络中研究的热点。根据覆盖对象的不同,覆盖问题可以分为:栅栏覆盖、区域覆盖和目标覆盖。在栅栏覆盖中,一般采用构建k条栅栏的方式来提高监测质量。而由于网络中传感器节点的有限电量,栅栏网络的... 详细信息

覆盖与无线充电问题一直是无线传感器网络中研究的热点。根据覆盖对象的不同,覆盖问题可以分为:栅栏覆盖、区域覆盖和目标覆盖。在栅栏覆盖中,一般采用构建k条栅栏的方式来提高监测质量。而由于网络中传感器节点的有限电量,栅栏网络的使用寿命受到很大限制。在无线充电问题中,一般采用充电车调度或者部署固定充电器的方式对传感器节点进行充电维护,以延长网络寿命。近些年来,关于栅栏覆盖以及无线充电的研究层出不穷。但是栅栏覆盖中考虑网络寿命的传感器大多采用收集环境能量的形式,很容易受到恶劣环境天气的影响。而采用可充电传感器的覆盖网络可以采用无线充电车或者固定充电器提供能量,网络能量的来源更加可靠。据我们所知,这是第一次将无线充电问题与k-栅栏构建相结合的研究。本文首先考虑了基于可充电传感器的k-弱栅栏构建与充电维护问题,以最小化网络能耗为优化目标。其中,无线充电车的调度是一个NP难问题。我们设计一种k-弱栅栏调度充电策略,分析了问题存在可行解的充分条件。然后,我们提出了一种基于最小代价和最大流量的近似算法,以实现最小能耗k-弱栅栏覆盖,并保证k-弱栅栏的持续运行。同时,我们对近似算法进行了理论分析,证明了算法的近似度。最后,我们通过仿真实验,证明了算法的有效性。考虑到不同网络环境的差异,我们接着在k-栅栏网络中采用布置固定充电器的方式对传感器节点进行能量补充。在k-栅栏网络中,传感器节点同时具有感知和通信能耗。为了将栅栏覆盖问题与无线充电问题相结合,我们首先对问题进行了分阶段优化:(1)最小感知能耗k-栅栏问题;(2)最少充电器部署数量问题。在问题(1)中,我们使用最小费用最大流算法构造出最小感知能耗的k-栅栏网络,并利用最短路思想构建最小能耗通信树,确定传感器节点的通信能耗。在问题(2)中,我们根据不同的充电器选择策略提出了两个近似算法——Maximum Charging Utility Greedy Algorithm(MCUGA)、Location First Greedy Selection Algorithm(LFGSA)。最后,我们根据栅栏网络的特性,提出了等价节点的概念,在两个近似算法中分别采用等价节点替换的操作,使算法性能得到了极大地提升。在仿真实验中,我们采用一系列参数对算法性能进行了评估。

关键词：可充电传感器 k-栅栏覆盖无线传感器网络充电车固定充电器

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面向新能源微网的无线传感器网络应用研究

面向新能源微网的无线传感器网络应用研究

作者：苑佳楠华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着可再生能源渗透率日渐提升,电网稳定可靠运行面临的挑战也越来越大。目前存在的长距离传输线路损耗大、设备利用率低、消纳及并网困难、系统增容投资边际效率差等问题亟待解决。因此需要对新能源微网内的光伏、风电、储能、逆变器... 详细信息

随着可再生能源渗透率日渐提升,电网稳定可靠运行面临的挑战也越来越大。目前存在的长距离传输线路损耗大、设备利用率低、消纳及并网困难、系统增容投资边际效率差等问题亟待解决。因此需要对新能源微网内的光伏、风电、储能、逆变器、控制器等设备进行实时监控,确保实时、准确、全面的获悉独立供电网络的运行情况。WSN（Wireless Sensor Networks,无线传感器网络）结合无线传感、计算机、分布式信息处理以及无线通信等技术,能够有效地实现对新能源微网内监测对象的信息采集和协作感知。但现阶段传感器件的能量限制问题大大制约了传感网络的发展。针对这些问题,本文依托课题组参与的国家电网及南方电网科研项目,结合智能可穿戴设备、可充电无线传感器网络等方面的研究情况,着重研究传感器网络的路由优化设计。通过上述项目关键技术研究,以期延长无线传感器网络的生命周期,提高新能源微网各环节设备监测的可靠性和精确度,优化各类可再生电源、间歇性电源和负荷接入后的协调运行,保障微网并网运行的稳定可靠。首先,分析新能源微网对传感业务的需求,探究无线传感器网络工作特性以及在微网中的适用性,提出新能源微网传感系统及其现阶段的局限性,并根据新能源微网内传感器节点的分布情况,设计面向新能源微网的提出面向新能源微网的WSN通信架构:研究现有WSN的路由协议并选取更适用于新能源微网的路由技术,进一步优化设计并通过仿真进行验证分析其性能的路由协议并结合新能源微网应用场景,提出一种WSN路由优化方法并通过仿真验证;其次,针对新能源微网环境应用场景探讨研究其WSN的充电方式和充电策略,对可充电WSN的路由优化设计并进行仿真验证,并对通过WSN和可充电WSN的通信可靠性进行通信可靠性仿真对比分析,验证可充电WSN在一定误差范围内的可行性在一定误差范围内的适用性;最后设计智能可穿戴设备并测试其在新能源微网中应用性能。

关键词：无线传感器网络新能源微网可充电传感器路由优化

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基于定向充电模型的最大化网络累计充电增益

电子科技 2021年第6期34卷 67-72页

作者：章豪王然杭州电子科技大学计算机学院浙江杭州310018

在保证无线可充电传感器网络持续运行的前提下,基于移动定向充电模型,文中研究了最大化网络中传感器节点累计充电增益的充电小车优化调度问题。针对提出的问题,系统化地设计了停靠点选择和路径规划的近似算法。停靠点选择算法在最大化... 详细信息

在保证无线可充电传感器网络持续运行的前提下,基于移动定向充电模型,文中研究了最大化网络中传感器节点累计充电增益的充电小车优化调度问题。针对提出的问题,系统化地设计了停靠点选择和路径规划的近似算法。停靠点选择算法在最大化充电覆盖效用方向的基础上,为充电小车选择最佳充电方向,采用最大化覆盖效用总和为充电小车选择停靠点。基于TSP的路径规划算法,为充电小车规划移动路径,可以显著减少行驶消耗。文中通过模拟仿真实验对比了不同因素的影响。实验结果表明,相比于全向充电,在不同网络规模与传感器密度的环境下,文中所提出的充电策略可以提升10%~60%的网络累计充电增益。

关键词：可充电传感器充电小车无线可充电传感网充电调度策略定向充电模型网络累计充电增益覆盖效用移动路径规划

无线可充电传感网k-弱栅栏构建与移动充电调度

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通信技术 2019年第7期52卷 1643-1649页

作者：李腾龙杭州电子科技大学计算机学院

K-栅栏覆盖是无线传感器网络的重要研究课题之一,在边界入侵检测中得到了广泛的应用。由于每个传感器节点的电池容量是固定的,导致了k-栅栏的使用寿命是有限的。为了解决这一问题,我们研究了k-弱栅栏覆盖下的无线充电调度。特别地,我们... 详细信息

K-栅栏覆盖是无线传感器网络的重要研究课题之一,在边界入侵检测中得到了广泛的应用。由于每个传感器节点的电池容量是固定的,导致了k-栅栏的使用寿命是有限的。为了解决这一问题,我们研究了k-弱栅栏覆盖下的无线充电调度。特别地,我们提出了一种基于可充电传感器和移动充电车的无线充电策略,以保证网络的可持续运行。无线充电调度是一个NP难问题。我们提出了一种基于最小费用最大流的近似算法,以实现最小能耗k-弱栅栏覆盖以及可持续工作。最后,我们证明了该算法与最优解的近似度为O(k)。

关键词： k-弱栅栏可充电传感器无线传感网移动充电调度

基于中继充电模型的充电小车休息时间最大化方法

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电子科技 2020年第7期33卷 27-31,36页

作者：马辉王然程宗毛杭州电子科技大学计算机学院浙江杭州310018 杭州电子科技大学理学院浙江杭州310018

文中基于中继充电模型,研究了在保证无线可充电传感器网络持久运行的情况下,最大化充电小车在服务基站休息时间的优化调度问题。针对该问题,文中提出的近似算法包括3个部分:基于充电效益的锚点选择算法为充电小车选择停靠点、基于TSP的... 详细信息

文中基于中继充电模型,研究了在保证无线可充电传感器网络持久运行的情况下,最大化充电小车在服务基站休息时间的优化调度问题。针对该问题,文中提出的近似算法包括3个部分:基于充电效益的锚点选择算法为充电小车选择停靠点、基于TSP的路径规划算法为充电小车规划移动路径以及基于充电集合再优化算法进一步提升充电小车的休息时间。通过仿真实验对比不同的充电策略,结果显示相比AASA算法,在不同传感器分布密度下,文中提出的充电策略可以将充电小车在服务基站的休息时间提升15%~88%。

关键词：可充电传感器充电小车无线可充电传感网充电调度策略中继充电模型充电小车休息时间。