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能量捕获无线通信系统的在线式动态能量分配

南京邮电大学学报（自然科学版） 2015年第2期35卷 74-78页

作者：朱先飞柯峰杨德利张钺中国电信股份有限公司广东研究院广东广州510630 华南理工大学电子与信息学院广东广州510641

为了实现数据传输的可持续保障,通过捕获环境能量供能的无线通信系统具有独到的优越性。文中提出了一种在线式动态能量分配算法,假定发射端可通过反馈信道获得信道状态和能量到达的概率分布函数,根据凹函数特性对能量在各个时隙间进行分... 详细信息

为了实现数据传输的可持续保障,通过捕获环境能量供能的无线通信系统具有独到的优越性。文中提出了一种在线式动态能量分配算法,假定发射端可通过反馈信道获得信道状态和能量到达的概率分布函数,根据凹函数特性对能量在各个时隙间进行分配,平衡当前时隙可达的信道容量和未来时隙可达的信道容量期望值。仿真结果表明,该算法实现简单,性能接近离线场景下最优的阶梯注水法,与贪婪算法和半保留算法相比,性能增益至少可以提高3 d B以上,具有更好的应用价值。

关键词：能量捕获在线式能量分配

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能量捕获无线感知网络低时延数据收集策略

浙江工业大学学报 2018年第4期46卷 369-374页

作者：朱艺华陈徐豪胥琳浙江工业大学计算机科学与技术学院浙江杭州310023 浙江工业大学经贸管理学院浙江杭州310023

能量捕获无线传感器网络(Energy-harvesting wireless sensor network,EH-WSN)的节点可以从环境中捕获能量.目前,EH-WSN节点所捕获的能量与维持其正常工作(例如感测、计算和数据通信)所需能耗之间存在着较大缺口.节点常因能量不足需要... 详细信息

能量捕获无线传感器网络(Energy-harvesting wireless sensor network,EH-WSN)的节点可以从环境中捕获能量.目前,EH-WSN节点所捕获的能量与维持其正常工作(例如感测、计算和数据通信)所需能耗之间存在着较大缺口.节点常因能量不足需要捕获能量而停止数据转发工作,从而导致数据收集时延增大.因此,为EH-WSN设计一个低时延的数据收集策略是极为重要.对无线链路定义了能够反映能量捕获功率、能量捕获时长和剩余能量的权值,并利用之提出数据收集树构建算法,让具有较小权值的链路优先加入到数据收集树;提出了低时延数据收集策略,使得EHWSN的节点利用所构建的数据收集树传递数据.仿真结果表明:所提出的低时延数据收集策略在数据收集时延方面优于已有方案.

关键词：无线传感器网络能量捕获数据收集低时延

能量捕获无线传感器网络中高可靠数据收集策略

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计算机科学 2018年第B11期45卷 303-307页

作者：赵冉潘根梅浙江工业大学计算机科学与技术学院杭州310023

能量捕获无线传感器网络(EH-WSN)具有从环境中捕获能量的能力,可以无限期持续工作,因此具有非常广泛的应用前景。目前已有的大多数EH-WSN路由方案往往侧重于如何提高能效性,而可靠性作为EH-WSN中的重要性能指标却很少被考虑到。文中利... 详细信息

能量捕获无线传感器网络(EH-WSN)具有从环境中捕获能量的能力,可以无限期持续工作,因此具有非常广泛的应用前景。目前已有的大多数EH-WSN路由方案往往侧重于如何提高能效性,而可靠性作为EH-WSN中的重要性能指标却很少被考虑到。文中利用能量捕获网络特性,对节点的链路成功收包率和节点重传次数期望进行推导,建模网络可靠性最大化问题,基于能量捕获速率、链路质量、节点间距离,提出了一种生成高可靠性数据收集树的方案。实验结果表明,相比于其他数据收集方案,该路由方案能显著提高网络可靠性。

关键词：无线传感器网络能量捕获可靠性路由方案数据收集树

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能量捕获协作中继网络多中继节点选择策略

通信学报 2017年第S2期38卷 1-7页

作者：田贤忠郭敏何佳存刘高祝驿楠浙江工业大学计算机科学系浙江杭州310023

研究了一种能量捕获协作中继网络,与传统协作中继网络不同,中继节点一般没有固定的能量供应但可以进行能量捕获。对于这种网络,一个自然的问题就是如何决定中继点是该进行能量捕获还是数据转发,以及如何选择中继节点以协助信息在源节点... 详细信息

研究了一种能量捕获协作中继网络,与传统协作中继网络不同,中继节点一般没有固定的能量供应但可以进行能量捕获。对于这种网络,一个自然的问题就是如何决定中继点是该进行能量捕获还是数据转发,以及如何选择中继节点以协助信息在源节点与目的节点间的传输。基于这个问题,提出一种多中继节点选择方案,该方案根据中继节点当前时隙的能量来选择其操作。在每个时隙中,满足电池阈值要求的中继节点会被选择进行协助传输。利用马尔可夫链对中继节点电池的充放电过程来进行建模化,得出该无线网络达到稳定状态时的中断概率以及吞吐率表达式,并对使吞吐率最大,即网络中断概率最小时的电池阈值的取值进行求解。最后,通过数值实验验证方案的优点。

关键词：无线网络能量捕获协作中继马尔可夫链

基于混合储能和能量捕获的多接入信道容量建模与分析

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通信学报 2018年第8期39卷 150-159页

作者：姚信威章梦娜王超超王万良浙江工业大学计算机科学与技术学院浙江杭州310023

能量捕获具有部署灵活和可持续供能的优点,已成为解决物联网中设备能量受限的有效途径之一。针对基于能量捕获的多接入信道,能量捕获技术存在能量来源不稳定、存储设备容量有限等因素,因此采用基于超级电容和电池的混合储能结构。根据... 详细信息

能量捕获具有部署灵活和可持续供能的优点,已成为解决物联网中设备能量受限的有效途径之一。针对基于能量捕获的多接入信道,能量捕获技术存在能量来源不稳定、存储设备容量有限等因素,因此采用基于超级电容和电池的混合储能结构。根据其信道的特点和能量捕获的随机特性,引入节点能量约束关系,提出了一种呈指数型下降(ETD)的近似最优能量分配策略对平均吞吐量进行分析,推导其上下界及其常数差值。最后利用平均吞吐量和信道容量的关系求得近似信道容量。实验分析了捕获能量、储能容量以及节点数目对多接入信道容量的影响,同时实验结果表明,相比传统节点采用电池作为单一储能单元,采用混合储能结构可以有效地提高节点的捕获能量数值,使其在信号的发送上采用多进制的传输方式,进而增大多接入信道的容量。

关键词：物联网能量捕获混合储能信道容量能量分配

能量捕获无线传感器网络中速率自适应路由算法

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计算机科学 2015年第4期42卷 94-100页

作者：邱树伟袁利永李琰琰汕头职业技术学院计算机系汕头515078 浙江师范大学数理与信息工程学院金华321004 浙江工业大学计算机科学与技术学院杭州310014

能量捕获无线传感器网络是无源感知技术中非常重要的一类,它能够有效解决节点能量受限的问题,保持网络运行的持续性。现有的路由方法并未充分利用节点的能量捕获特性,也没有考虑到链路的成功收包率和节点的传输速率。为进一步提高网络... 详细信息

能量捕获无线传感器网络是无源感知技术中非常重要的一类,它能够有效解决节点能量受限的问题,保持网络运行的持续性。现有的路由方法并未充分利用节点的能量捕获特性,也没有考虑到链路的成功收包率和节点的传输速率。为进一步提高网络的性能,提出了一种结合链路成功收包率的速率自适应路由算法。通过对节点的剩余能量和链路的成功收包率进行建模,给出了一个节点可作为路由中继节点所需要满足的两个条件;基于优化方程,为传输路径上的每一跳节点自适应配置时延最小化的传输速率;提出路由发现步骤来找出端到端传输时延最小的传输路径。实验结果表明,相比于固定传输速率的路由算法,所提算法所得到的传输路径具有较低的端到端传输时延和较高的吞吐率。

关键词：能量捕获无线传感器网络速率自适应路由算法

能量捕获无线传感器网络边缘计算卸载策略研究

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能量捕获无线传感器网络边缘计算卸载策略研究

作者：姚超浙江工业大学

学位级别：硕士

在无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)中,如何提高传感器设备的计算能力是需要解决的重要问题之一。利用移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)技术无线传感器设备可以把繁重的计算任务通过基站卸载到边缘云服务器进行计算... 详细信息

在无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)中,如何提高传感器设备的计算能力是需要解决的重要问题之一。利用移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)技术无线传感器设备可以把繁重的计算任务通过基站卸载到边缘云服务器进行计算,从而提高无线网络的计算能力。但是,当无线传感器设备进行大量任务卸载时需要大量的能量支持,在没有足够的能量时计算卸载往往会被中断。因此,需要在WSN中联合能量捕获技术来补充无线传感器设备的电池能量,完成设备任务计算卸载。当大量设备同时进行计算卸载的时候还会导致传输信号冲突和边缘云服务器计算过载的问题。针对上述问题,本文提出了两种利用MEC技术在能量捕获传感器网络中进行计算卸载的策略,来解决上述问题,主要工作如下:针对MEC系统中如何合理分配能量捕获时间和计算任务,在最短时间周期内完成无线设备计算任务的问题,本文提出了一种联合能量捕获技术的计算卸载策略。该策略采用了能量捕获技术为多用户MEC系统提供能量支持,并通过动态计算卸载来完成部分计算任务,使得计算时间周期最小化。该策略在同一时间段内只允许一个无线设备进行计算卸载,其余无线设备在该时间段内采用本地计算方式完成部分任务,防止多设备同时计算卸载导致信号干扰。然后建立了相应的数学模型,将该策略转化为一个优化问题,再通过拉格朗日对偶对以上问题进行了求解。MEC系统采用一般的时分多址接入技术,无线设备无法同时进行计算卸载,而采用5G网络中的非正交多址接入技术和串行干扰删除技术可以解决这个问题,这样可以进一步提高无线传感器网络的计算效率。针对如何利用非正交多址接入技术在最短时间周期内完成任务计算卸载的问题,本文还提出了一种最小化MEC系统计算时间周期的合理时间分配和计算卸载策略。该策略引入了非正交多址接入技术,可以让多个设备在同一时间段内进行计算卸载。同时还考虑了边缘云服务器的计算负载问题,当边缘云服务器负载过大时无线设备采用本地计算的方式完成剩余任务计算。然后同样建立了相关数学模型,并将该策略转化为优化问题进行了求解。最后本文根据以上策略分别设计了相应的实验,通过数值模拟的实验验证了本文提出的策略的有效性。

关键词：移动边缘计算能量捕获计算卸载非正交多址接入

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能量捕获无线传感网的吞吐量最大化路由

计算机科学 2015年第B11期42卷 242-244,267页

作者：池凯凯杜文洁李燕君程珍浙江工业大学计算机科学与技术学院杭州310023 浙江省可视媒体智能处理技术研究重点实验室杭州310023

能量捕获无线传感器网络(EH-WSNs)具有从环境中捕获能量的能力,可以无限期持续工作,因此具有非常广泛的应用前景。目前已有的大多数EH-WSNs路由方案往往侧重于如何有效地节能,而吞吐量作为EH-WSNs重要的性能指标之一却几乎没有得到考虑... 详细信息

能量捕获无线传感器网络(EH-WSNs)具有从环境中捕获能量的能力,可以无限期持续工作,因此具有非常广泛的应用前景。目前已有的大多数EH-WSNs路由方案往往侧重于如何有效地节能,而吞吐量作为EH-WSNs重要的性能指标之一却几乎没有得到考虑。首先建模出EH-WSNs端到端吞吐量最大化路由问题,为深入了解该问题提供理论基础,然后提出了一种EH-WSNs端到端吞吐量最大化路由方案。相比最小跳数路由方案,本路由方案能显著提高数据流的端到端吞吐量。

关键词：无线传感器网络能量捕获路由方案吞吐量

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能量捕获无线传感器网络数据收集策略

能量捕获无线传感器网络数据收集策略

作者：林初超浙江工业大学

学位级别：硕士

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是现今在国际领域上备受瞩目的、涉及多个专业领域的、众多专业知识高度集成的热点研究领域,被广大学者们认为是能够对21世纪产生深远影响的技术之一。能耗是WSN必须面临的一个重要问题。... 详细信息

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是现今在国际领域上备受瞩目的、涉及多个专业领域的、众多专业知识高度集成的热点研究领域,被广大学者们认为是能够对21世纪产生深远影响的技术之一。能耗是WSN必须面临的一个重要问题。为了从根本上消除能耗的影响,具有能量捕获功能的无线传感器网络即能量捕获无线传感器网络(Energy Harvesting-based Wireless Sensor Networks,EH-WSN)就被提出来了。本文主要工作如下:在射频能量捕获无线传感器网络中,采用多跳的方式将数据发送给网络中的Sink节点,通过减少节点间的通信距离的方式减少能量的消耗,但增加了转发节点的数据接收和发送量。为了减轻网络中转发节点的负载,延长网络的生命周期,提出一种分层分步的数据收集方法(Layer-Step Data Collection,LSDC)。通过对网络中节点能量的捕获过程和能量的消耗过程进行建模,得到相应节点的剩余能量。运用多次“跳”命令的方式通知网络中的传感器节点分步地将采集到的数据传递给Sink节点。在转发节点的选择上,以能量状况最佳的节点做为转发节点,最终达到高效地将网络中的数据全部收集到Sink节点进行处理的目的。理论分析与仿真实验结果表明,与采用逐层收集数据的方式相比,所提出的方案更节能,能量消耗更加均衡,并且延长了网络的生命周期。本文设计开发了基于无线传感器网络的温度数据收集系统,通过使用基于嵌入式系统的TinyOS及其相应的结构化编程语言nesC编程,能够控制无线传感器节点感知获取环境中的温度数据,并将数据发送给接收节点并通过Web显示。本系统可以应用于室内温度监测和农业大棚温度监测等实际应用场景中。本文所提出的LSDC算法能更好地提高网络的稳定性,延长网络的生命周期,设计和开发的温度监测系统能准确地采集环境的温度数据,具有较好的实际应用价值。

关键词：无线传感器网络能量捕获数据收集生命周期 TinyOS