可充电无线传感器网络节点能量机制研究

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近年来,随着能量获取技术、能源转换技术和存储技术的出现,让无线传感器网络有可能摆脱能量有限的约束,故以能量获取技术为手段的可充电无线传感器网络便应运而生。虽然可充电无线传感器网络在延长网络生存时间方面有一定的优势,但是同时也出现了一些新的问题:由于从外界获取的能量一般都是不稳定,如何有效的分配能量让节点合理的充放电,并均衡的消耗其能量;此外由于引入了可充电节点,传统路由方式已经不合适了,故如何建立高效节能的路由机制来提供更好的网络服务,引起了国内外学者的高度关注。针对以上问题,本文结合国内外的相关研究技术和方法,对可充电无线传感器网络的能量机制进行研究,包括能量的分配机制和路由机制,具体的研究内容如下:1.针对节点能量分配问题,提出一种最小化能量分配方差的算法,该算法考虑了电池的容量和信道的容量,将能量的分配问题转化为最优化问题,此外通过分析,该算法提高了数据的传输量。最后通过实验仿真表明,该算法可均衡节点的能量分配,减少能量分配的波动,为网络提供均衡而公平的服务。2.针对可充电无线传感器网络节点能量利用效率过低和网络无法保证持久运行的问题,提出一种基于分簇结构的能量中性路由机制,该算法通过对节点进行能量中性约束,即一段时间内节点消耗的能量小于或等于从外界获取的能量,从理论上保证了整个网络的持久运行,同时计算出最优的数据传输周期,提高了节点能量利用的效率,最大化了网络数据传输。通过模糊逻辑选择簇头,综合节点剩余能量,节点到基站的距离和邻居阈值节点百分比等因素,提高了簇头选举的合理性。通过仿真验证,该算法能够保持网络持久运行,同时在吞吐量和能量消耗方面的性能都优于其他分簇路由机制。此外考虑实际情况下,电池的充电次数影响电池的寿命,同时验证了该算法通过减少能耗,间接地减少了充电次数,延长了电池的寿命。
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