代价均衡的可充电传感网能量补给策略研究

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大规模可充电传感器网络通常借助多个可移动无线充电设备(Mobile Wireless Charger,MWC)满足能量补给需求。然而,受MWC移动速率、充电功率以及电池容量的限制,在确保网络可持续工作的情况下,制定有效的多MWC协同充电策略显得尤为必要。本文以实现MWC能量的有效利用、降低节点的等待被充电时间为目标,从待充电节点选择、充电任务分配以及充电模式优化三个方面展开研究,主要工作和贡献如下:1.为解决周期性算法的低能效性以及按需算法的不可靠性问题,本文提出一种基于剩余生存时间的待充电节点选择机制。以最小节点生存周期为基准,建立各充电时隙与节点能量补充周期及MWC调度周期间的对应关系,确定各充电时隙的待充电节点集。2.为减小MWC的移动能耗、降低节点的等待服务时间,本文提出一种充电轨迹均衡分配算法,分别以MWC的移动距离和能耗作为约束,将覆盖待充电节点集的TSP轨迹划分为若干代价均衡的充电路径。3.受MWC电池容量限制,我们设计了一种自适应的充电模式,在不改变节点充电频率的前提下,调整了各节点的充电量,从而确保了MWC有足够能量完成该轨迹上所有充电任务并返回基站。仿真结果表明,本文算法可在保证节点不死亡的同时,有效调度多个MWC协同完成网络各阶段的充电任务。与Periodic算法和C-MCC算法相比,同时能够有效均衡MWC之间的充电任务量,将MWC间的能耗差异度分别降低65.35%和55.74%,将能量的有效利用率分别提高48.22%和43.35%;此外,节点的平均等待服务时间可分别降低55.72%和30.7%。
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