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计算机辅助设计与图形学学报 2019年第8期31卷 1434-1441页

作者：魏振春王旭吕增威丁煦冀建军合肥工业大学计算机与信息学院合肥230031 安全关键工业测控技术教育部工程研究中心合肥230031

针对无线可充电传感器网络中无线充电设备(WCE)兼顾充电和数据收集的情况,提出了联合无线充电和数据收集的周期性充电规划问题,并证明了该问题是NP-complete问题.首先分析了无线充电和数据收集对WCE路径规划的影响,根据传感器节点当前... 详细信息

针对无线可充电传感器网络中无线充电设备(WCE)兼顾充电和数据收集的情况,提出了联合无线充电和数据收集的周期性充电规划问题,并证明了该问题是NP-complete问题.首先分析了无线充电和数据收集对WCE路径规划的影响,根据传感器节点当前的剩余能量和数据量计算出WCE需要停留的时间;然后证明了最优方案是在周期时间最大化的前提下获得的;最后设计出多种群离散烟花算法(MFWA)求解该问题.在Matlab R2016a中生成不同节点数目的网络场景进行仿真,结果表明,MFWA算法的性能优于DFWA算法.

关键词：无线可充电传感器网络周期性充电规划数据收集多种群离散烟花算法

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WCE能量受限、节点能耗不均衡的WRSN周期性充电规划

WCE能量受限、节点能耗不均衡的WRSN周期性充电规划

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作者：陈花合肥工业大学

学位级别：硕士

无线可充电传感器网络(Wireless Rechargeable Sensors Networks,WRSN)作为一个新的研究热点,近年来相继涌现出许多重要的研究成果。但WRSN周期性充电规划中,针对无线充电设备(Wireless ChargingEquipment,WCE)能量受限和节点能量消耗功... 详细信息

无线可充电传感器网络(Wireless Rechargeable Sensors Networks,WRSN)作为一个新的研究热点,近年来相继涌现出许多重要的研究成果。但WRSN周期性充电规划中,针对无线充电设备(Wireless ChargingEquipment,WCE)能量受限和节点能量消耗功率(简称为节点能耗)不均衡的WRSN的研究较少。本文以二维WRSN为研究对象,首先建立节点能耗不均衡的WRSN模型,在该模型下采用已提出的周期性充电规划求解WCE的充电路径和充电策略是不可行的。本文提出的改进是一个充电周期内节点可多次充电,并给出对应的充电路径重构策略和节点能量补充策略,从而得到改进的周期性充电规划。其次建立以WCE驻站比作为优化目标的优化问题OPT-1,该优化问题为NP-hard问题,本文采用粒子群遗传混合优化算法(Hybrid Particle Swarm-Genetic Algorithm,PSOGA)来求解,通过100组WRSN测试用例验证了改进的周期性充电规划的可行性,并通过与遗传算法(Genetic Algorithm,GA)进行对比,得到PSOGA在局部搜索功能上优于GA,优化速度也远远优于GA。在此基础上,进一步研究无线充电设备的行驶能量和充电能量是分开且受限的情况下,使用WCE为传感器节点周期性充电的问题。对于每一个充电周期,旨在最大化充电周期时间的同时最小化WCE充电能量和行驶能量的总消耗值,以最小的WCE能量消耗功率保证所有传感器节点永远不会死亡,分析传感器节点能量补给约束和WCE充电约束,建立将WCE能量消耗功率作为优化目标的优化问题OPT-2。结合混沌搜索思想和粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO),提出混沌粒子群优化算法(Chaos Particle Swarm Optimization,CPSO)求解出相应的周期性充电路径与充电策略,并设计了由2种数据路由和3种节点分布类型组合成的6种WRSN仿真场景,仿真数据表明CPSO收敛速度与PSOGA相比至少提高了 40.48%。

关键词：无线可充电传感器网络周期性充电规划能量受限能耗不均衡无线充电

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无线可充电传感器网络中WCV周期性充电与数据收集规划研究

无线可充电传感器网络中WCV周期性充电与数据收集规划研究

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作者：夏成凯合肥工业大学

学位级别：硕士

无线可充电传感器网络（Wireless Rechargeable Sensor Network,WRSN）使用主动充电的设备为无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）中的传感器节点补充能量并采集传感器数据,在延迟WSN寿命的同时,减轻了WSN因数据多跳传输带来... 详细信息

无线可充电传感器网络（Wireless Rechargeable Sensor Network,WRSN）使用主动充电的设备为无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）中的传感器节点补充能量并采集传感器数据,在延迟WSN寿命的同时,减轻了WSN因数据多跳传输带来的压力。WRSN在物联网领域有着广泛的研究意义和应用前景。本文研究使用无线充电车辆（Wireless Charging Vehicle,WCV）在WSN中移动为传感器节点充电并收集数据。在WCV周期性充电规划的基础上,为充分利用WCV的驻站时间,从而提高WCV的数据采集服务效率,本文考虑将WCV的驻站时间分配到传感器节点处,增加WCV在传感器节点处的等待时间,以期提高WCV数据采集量。首先,建立带等待时间的WCV周期性充电规划模型,分析并设计了衔接普通充电周期和初始充电周期的方法。针对同时优化WCV路径序列和等待时间序列,设计了基于烟花算法的混合变量优化算法。通过实验验证了所提充电规划的可行性,并与基于功率分配等待时间序列规划算法、基于最短路径的普通周期性充电规划进行比较,实验验证了本文提出的基于混合变量优化的WCV路径及时间序列规划算法的优势,其在单位时间数据采集频率上相较TSDPA平均提高了26.4%,相比CPA-SP平均提高了40.6%。随着网络规模的扩大,使用单个WCV服务大规模网络,会导致充电周期过长。单个WCV行驶能量有限,无法行驶较长的距离,且单个WCV的无线充电功率有限,因此,单个WCV周期性充电规划无法满足大规模无线传感器网络的需求。针对此,提出了行驶能量受限的多WCV周期性充电规划。针对大规模网络所需WCV数量,设计了基于功率和时空因素的WCV数量规划启发式算法。为最大化WCV单位时间数据收集量,基于烟花搜索算法,改进了快速交叉分组操作,提出了基于有序分组编码的离散烟花算法。通过实验仿真,验证了该充电规划的可行性。最后,将本文提出的基于有序分组编码的离散烟花算法求解多WCV周期性充电规划与两种局部贪婪规划:基于区域划分的多WCV充电的规划和基于最近先服务的充电规划进行对比,实验仿真表明所提充电规划在优化目标的求解上优于DDCP和NJNP充电规划。MPCP相比于DDCP平均提高了1.71倍,相比NJNP基准算法在优化目标上平均提升了2.83倍。

关键词：无线可充电传感器网络周期性充电规划数据收集烟花算法

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无线传感器网络的注意力机制充电策略

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华中科技大学学报（自然科学版） 2021年第2期49卷 102-107页

作者：陈辉于耀翔刘昱君武继刚广东工业大学计算机学院广东广州510006

针对因能量受限所导致的传感器死亡等现实问题,提出一种利用注意力机制进行传感器充电的在线算法,能够根据网络环境的变化动态调整影响充电效率的属性权重,从而选择出合适的传感器节点作为下一充电目标;同时提出一种多周期充电规划策略... 详细信息

针对因能量受限所导致的传感器死亡等现实问题,提出一种利用注意力机制进行传感器充电的在线算法,能够根据网络环境的变化动态调整影响充电效率的属性权重,从而选择出合适的传感器节点作为下一充电目标;同时提出一种多周期充电规划策略,筛选每轮充电周期中有效的传感器集合,并根据移动充电设备的实时电量动态调整其充电频次。仿真结果表明:该算法可以在不同网络规模下有效降低传感器节点的死亡率,并保证移动充电设备的充电效率。通过与NJNP算法对比,充电效率可提升2.4%,节点平均剩余电量提升了13.9%,网络中节点死亡率降低了36%.

关键词：无线可充电传感器网络多目标优化能量受限周期性充电规划在线算法

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