【摘 要】
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随着无线充电技术和传感器技术的快速发展,无线可充电传感器网络(Wireless Rechargeable Sensor Networks,WRSN)已受到广泛关注,采用无线充电技术能够对网络传感器节点及时补充能量,克服恶劣环境或人为等因素导致的节点能量不足,从而保证网络的正常运行。由于水下环境恶劣和复杂,人们很难对水下传感器网络节点的电池进行定期地维护和更换,从而导致节点因为电池能量耗尽造成的网络
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随着无线充电技术和传感器技术的快速发展,无线可充电传感器网络(Wireless Rechargeable Sensor Networks,WRSN)已受到广泛关注,采用无线充电技术能够对网络传感器节点及时补充能量,克服恶劣环境或人为等因素导致的节点能量不足,从而保证网络的正常运行。由于水下环境恶劣和复杂,人们很难对水下传感器网络节点的电池进行定期地维护和更换,从而导致节点因为电池能量耗尽造成的网络崩溃,无法完成对水下环境的监测任务。因此,利用水下无线充电技术为水下节点补充能量,保证水下WRSN的监测任务尤其重要。虽然WRSN从理论上可以保证网络长期存活,但是在实际运用中,移动充电设备(Wireless mobile Charging Equipment,WCE)的充电容量是有限的,需要通过规划合理的充电路径来完成对节点的充电任务。因此本文综合考虑WCE充电路径的相关影响因素,针对不同网络规模,研究其对应的单、双WCE的充电路径规划,使网络中充电节点的失效率最小,网络寿命最长。本文所做的具体工作如下:(1)针对WRSN小规模监测的单WCE充电路径规划研究,提出基于节点充电优先级的最大最小蚂蚁算法(Max-Min Ant System and Charging Node Priority,MMAS-CNP),在WCE行驶距离和充电容量均受限时估算满足节点正常工作的最低能量阈值,再计算节点之间的充电优先级,并以此为依据通过最大最小蚂蚁算法设计单WCE的充电路径规划。仿真结果表明,该方法与现有的几种路径规划算法相比,具有更长的网络寿命和更小的充电节点失效率。(2)针对WRSN中小规模监测的双WCE充电路径规划研究,提出基于节点重要级别的双WCE协同充电的路径规划算法(Dual WCE Collaborative Charging algorithm based on node importance Level,DCCL),该方法先确定充电节点最匹配的WCE,再按照节点重要级别确定的充电顺序为节点补充能量,分配各个WCE的充电任务,当其中一个WCE完成充电任务且处于空闲状态时,可分担另一个WCE的充电任务从而实现协同充电的路径规划。仿真结果表明,该方法能有效地降低充电节点的失效率和WCE的移动能耗率。
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