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基于梯度和能量捕获的无线传感网路由协议研究

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计算机科学 2017年第9期44卷 115-119,147页

作者：郑志蕴郭芳王振飞张行进王飞郑州大学信息工程学院郑州450001

为解决无线传感网分簇协议中出现的节点能量消耗不均衡的问题,提出一种新的基于梯度和能量捕获的分布式无线传感网路由协议EGRP。该协议引入了距离梯度和能量捕获技术,在成簇阶段,以节点自身剩余能量、邻居节点平均剩余能量、节点距离... 详细信息

为解决无线传感网分簇协议中出现的节点能量消耗不均衡的问题,提出一种新的基于梯度和能量捕获的分布式无线传感网路由协议EGRP。该协议引入了距离梯度和能量捕获技术,在成簇阶段,以节点自身剩余能量、邻居节点平均剩余能量、节点距离梯度为参数构建成簇策略;在转发阶段,以簇头剩余能量和簇头梯度为参数构建簇间转发策略。理论推导与仿真实验结果均表明,EGRP协议的优化效果达到了预期,使单个节点的能耗下降10.9%,不同节点间的能耗更加均衡,从而延长了网络的生命周期。

关键词：无线传感网分簇距离梯度能量捕获路由协议

不规则波激励下磁力双稳态波浪能转换装置的能量捕获特性研究

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海洋工程 2021年第1期39卷 142-152页

作者：席儒张海成陆晔徐道临吴博湖南大学机械与运载工程学院湖南长沙410082 中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 湖南海浮科技有限公司湖南长沙410082

该研究提出了一种新型磁力双稳态机构,主要由一对同向充磁的负刚度磁环,附加一对异向充磁的正刚度磁环组成,可通过调整磁环参数有效改变双稳态装置的势垒高度,从而克服传统型双稳态装置在小幅波浪激励下转换效率低的难题。基于Cummins... 详细信息

该研究提出了一种新型磁力双稳态机构,主要由一对同向充磁的负刚度磁环,附加一对异向充磁的正刚度磁环组成,可通过调整磁环参数有效改变双稳态装置的势垒高度,从而克服传统型双稳态装置在小幅波浪激励下转换效率低的难题。基于Cummins方程建立了系统的时域非线性动力学模型,其中采用状态空间模型替代了辐射力的卷积积分项用于加快计算速度。采用四阶龙格库塔方法求解动力学方程,获得系统响应解。采用Jonswap波浪谱,研究了不规则波激励下波浪能转换装置的转换效率随双稳态结构参数以及波浪激励参数的变化规律。结果表明,新型磁力双稳态机构在合适参数下可以达到降低势垒高度和拓宽平衡点间距的效果,从而显著提高波能捕获效率,拓宽波能捕获频带,尤其是大幅提高了系统在小波高激励下的捕获宽度。

关键词：双稳态点吸收式波浪能不规则波转换装置能量捕获非线性响应

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双稳态减速带能量捕获装置动力学特性研究

机械科学与技术 2019年第9期38卷 1357-1365页

作者：吴子英位强师文涵胡晨阳西安理工大学机械与精密仪器工程学院

提出了一种新型的双稳态减速带能量捕获装置,建立了其力学模型及动力学方程。在(前)后轮和前、后轮分别冲击减速带的情况下,分别选取常用的4种减速带进行对比,研究不同减速带参数下,双稳态振动发电系统的动力学响应特性,得出在第Ⅱ类减... 详细信息

提出了一种新型的双稳态减速带能量捕获装置,建立了其力学模型及动力学方程。在(前)后轮和前、后轮分别冲击减速带的情况下,分别选取常用的4种减速带进行对比,研究不同减速带参数下,双稳态振动发电系统的动力学响应特性,得出在第Ⅱ类减速带参数下,系统跨过势垒的次数最多,做大幅运动的时间较长,平均输出功率最大;在选取最佳减速带形状的情况下分别对不同车重下系统的发电量进行研究,得出车辆越重,发电量越大的规律。通过对外部负载电阻的研究,获得了最优电阻。上述研究结果可为减速带能量捕获系统的相关研究提供理论参考。

关键词：双稳态减速带能量捕获输出功率大幅运动

基于能量捕获和混合储能的微观网络能量最优分配算法

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计算机科学 2018年第8期45卷 75-79页

作者：姚信威章梦娜王万良杨双华浙江工业大学计算机科学与技术学院杭州310023 英国拉夫堡大学计算机系

随着纳米技术和无线网络技术的快速发展,单个节点(设备)的微小尺寸和有限能量严重地限制了微观无线网络的应用。因此,在传统宏观网络节点储能结构单一和能量捕获技术不稳定的基础上,利用超级电容的快速充放电特性,提出了一种基于超级电... 详细信息

随着纳米技术和无线网络技术的快速发展,单个节点(设备)的微小尺寸和有限能量严重地限制了微观无线网络的应用。因此,在传统宏观网络节点储能结构单一和能量捕获技术不稳定的基础上,利用超级电容的快速充放电特性,提出了一种基于超级电容和电池的混合储能结构。在此混合储能结构的基础上,根据点对点的双工信道模型和能量传输损耗特性,建立了面向能量捕获的网络吞吐量模型和节点能量分配解析模型,并提出了相应的能量最优分配算法,实现了节点吞吐量的最大化。该算法根据节点捕获能量的时域分布,优化分配超级电容与电池的能量值;同时,采用最优传输功率与传输时间进行数据传输。实验结果表明,所提混合储能结构和能量分配算法能有效地提高节点的吞吐量。

关键词：混合储能能量捕获吞吐量最大化微观无线网络

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三维地理路由方案

能量捕获无线传感网三维地理路由方案

作者：王晨阳浙江工业大学

学位级别：硕士

无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）是由若干个传感器节点组成的无线多跳网络,它是物联网的重要组成部分。在传统的传感器网络中,节点可用的电池容量很有限,需要频繁更换节点的电池,这给WSN的大规模应用带来困难。能量捕获... 详细信息

无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）是由若干个传感器节点组成的无线多跳网络,它是物联网的重要组成部分。在传统的传感器网络中,节点可用的电池容量很有限,需要频繁更换节点的电池,这给WSN的大规模应用带来困难。能量捕获无线传感器网络（Energy Harvesting Wireless Sensor Network,EH-WSN）提供了一种有效突破能量供应瓶颈的方案。与传统的WSN相同,如何将数据稳定高效地从源节点传输到目的节点是EH-WSN的主要任务。本文研究三维EH-WSN的路由策略,主要的研究工作与创新总结如下:1.利用能量捕获技术可以给传感器节点补充电能达到延长WSN节点工作时间和网络生命周期的特点,提出适用于EH-WSN的三维地理机会路由（Three-dimensional Geographic Opportunistic Routing,TDGOR）。TDGOR将传感器网络空间划分为多个立方体区域,先在最大通信半径内的路由候选域中选定其中一个作为转发区域,再结合转发区域内候选节点的剩余能量和历史传递成功率,产生一个转发节点。在生成转发节点之后,再从所生成的转发节点所在域的相邻接候选域中产生下一跳转发节点。重复下去直到目的域的信宿节点。同时,本文提出了路由空洞应对算法。仿真结果表明,与传统无线传感网的机会路由算法OR,EAOR相比,TDGOR有更高的数据传输成功率和吞吐率,它较好地平衡了各节点之间的能耗,并降低了数据从端到端的平均时延。2.对TDGOR中涉及的参数设定不同值进行仿真,比较参数值比例不同对TDGOR路由性能产生的影响,例如数据包到达率、端到端平均时延、网络节点能量消耗的均衡性等。最后得到一组较优的参数值。在优化参数值的基础上,根据TDGOR应用于不同场景的性能不足,对之进行改进,提出改进算法TDGOR-P。同时建立了一种关于转发域的可用节点队列缓存机制,使用指派节点的方式减少了频繁使用控制包带来的开销。仿真结果表明,对于持续发送数据时间较长的情况,TDGOR-P相比TDGOR有着更长的网络生命周期,保持较高的数据包发送成功率,更好地维持了传感器网络的能耗均衡性。另外,在节点数量较大密度较高的情况下,TDGOR-P相比TDGOR有更高的数据包传递成功率和更均衡的节点能耗。本文所提出的TDGOR和TDGOR-P路由方案,在延长网络生命周期,增加网络吞吐量,降低数据端到端的平均时延与均衡节点能耗上有着重要的理论及应用价值。

关键词：能量捕获无线传感器网络三维地理路由机会路由

基于混合储能结构的能量捕获无线通信信道容量分析

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计算机科学 2018年第2期45卷 165-170,188页

作者：姚信威钟礼斌王万良杨双华浙江工业大学计算机科学与技术学院杭州310023 拉夫堡大学计算机系莱斯特郡LE113TU

针对现有能量捕获技术存在能量来源不稳定、储能设备容量有限等特点,提出了一种基于超级电容和电池的混合储能结构,并建模分析其相应的通信信道容量性能。首先,针对点对点能量捕获无线通信系统,建立基于混合能量存储结构的通信信道模型... 详细信息

针对现有能量捕获技术存在能量来源不稳定、储能设备容量有限等特点,提出了一种基于超级电容和电池的混合储能结构,并建模分析其相应的通信信道容量性能。首先,针对点对点能量捕获无线通信系统,建立基于混合能量存储结构的通信信道模型。其次,根据能量捕获的随机特性,假设能量到达过程符合伯努利随机过程,提出了一种近似最优能量分配策略,推导出系统平均吞吐量的上、下界限及其常数差值,并进一步求得系统近似信道容量。最后,通过实验验证了在捕获能量小于和大于超级电容储能容量两种情形下,系统信道容量上、下界的恒定差值分别为1.77bps/Hz和2.49bps/Hz;同时,相比传统节点采用电池作为单一储能结构,混合能量存储结构能够有效提高系统的能量利用率,增大系统的信道容量,当超级电容储能容量与电池储能容量的比例为1∶2时,信道容量的上界可提升到70%。

关键词：混合储能能量捕获信道容量能量分配能量到达过程

能量捕获无线多跳网络中功率分配及中继选择策略的研究

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能量捕获无线多跳网络中功率分配及中继选择策略的研究

作者：赵梦雨北京邮电大学

学位级别：硕士

无线移动通信网络的蓬勃式发展在不断满足移动用户日益增长的需求的同时也给网络的能源消耗带来了巨大的问题。随着人类环境意识和经济意识的提高,能量消耗已经成为未来信息通信产业亟待解决的问题之一。与此同时,能量捕获技术作为一种... 详细信息

无线移动通信网络的蓬勃式发展在不断满足移动用户日益增长的需求的同时也给网络的能源消耗带来了巨大的问题。随着人类环境意识和经济意识的提高,能量消耗已经成为未来信息通信产业亟待解决的问题之一。与此同时,能量捕获技术作为一种新型的绿色能量获取方式技术,是当前移动通信领域降低网络能耗、提高通信系统生命时长重要实现手段。本文研究的课题即是面向能量捕获无线多跳网络中的的功率分配和中继选择等问题。针对能量捕获认知无线传感器网络中的功率分配问题,本文使用新型的认知用户时间转换模型,并以网络能效为研究目标,提出了基于非合作博弈和最适反应算法的功率分配方案。该方案基于传统的时间转换中继选择策略(TSR),结合认知网络中次用户的特点,提出新型的认知用户时间转换模型,并把功率分配问题归结为非合作博弈问题。其研究目标为最大化每个传感器节点的能效,从而最大化系统总能效。通过对纳什均衡唯一解的证明,使用最适反应算法,求解出最优能量捕获系数解,并分析了能量捕获效率、频谱感知功率、认知用户个数等参数对系统最优解及目标函数的影响,仿真结果验证了该算法可以大幅度提升系统能效,增大绿色能源利用率,减少网络能耗。同时,本文对异构绿色中继增强网络中的中继选择问题做出研究,首先设定了一个多源节点、多中继、多目的节点的双向拍卖市场,在这个双向拍卖的博弈过程中,把宏基站视作拍卖商,源节点视为买方,而中继节点视为卖方,给出相应的源节点报价与中继节点要价模型,又根据经济学中的加成定价法,引入源节点剩余能量与中继节点基于时间转换模型中的时间转换系数两个参数。随后提出三种不同的拍卖策略,分别以最大化可以获得中继服务的源节点数量、最大化系统总吞吐量和最大化绿色中继总收入为拍卖目标,使用改进后的匈牙利算法对三种不同情况下的配对问题进行求解。最后通过MATLAB仿真分析了不同拍卖策略下的系统性能,以及不同影响因素对配对数和系统总容量的影响,对现实有一定的指导意义。

关键词：能量捕获无线多跳网络功率分配中继选择

智能涂层实现全天候冷热能量捕获与利用 005

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智能涂层实现全天候冷热能量捕获与利用