无线可充电传感器网络的充电策略研究

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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)是物联网的核心部件之一。WSN的节点能量十分有限,成为WSN发展的瓶颈。无线充电是解决WSN能量受限问题的重要方法,并推动无线可充电传感器网络(Wireless Rechargeable Sensor Network,WRSN)的飞速发展。WRSN中,携带大容量电池的移动车辆或者机器人充当移动充电器,通过相应的充电策略向传感器节点提供能量。WRSN的充电策略包括充电器数量的确定、充电器的移动路径规划以及充电器之间的相互协调等。合理的充电策略能确保网络的持续运行,提高能量传输效率,并减少充电代价。目前,国内外研究者们提出了各种充电策略。然而,在小规模网络中,现有的充电策略没有考虑到节点在网络中所处的位置的差异。在大规模网络中,现有的充电策略没有考虑到提高充电器的利用率问题。为解决以上问题,本文提出了两种无线可充电传感器网络的充电策略,分别应用于能量消耗不均匀的小规模网络和能量消耗均匀的大规模传感器网络。主要内容概括如下:1)针对能量消耗不均匀的小规模网络提出了一种基于拟阵的充电调度策略(Charging Strategy based on Matroids,CSM)。该方法首先根据请求节点的剩余能量、发送充电请求的时间和当前的能耗率,计算并更新每个请求节点的最大可容忍充电延迟。然后将充电调度问题转化为单位时间任务调度问题,构建拟阵模型然后用贪心选择算法选择出最大提前任务集。确保在充电请求较多的情况下优先给数据转发任务重的节点充电。仿真结果证明该策略能有效的减少节点的故障率,最小化节点故障对网络数据传输的影响。2)针对能量消耗均匀的大规模传感器网络提出了一种基于扇区的协同充电策略(Sector-Based Collaborative Charging Strategy,SCCS)。该方法首先根据节点的最大充电周期和充电器能量的限制对整个网络区域用扇区进行划分,并提出了新的充电器协同机制。SCCS主要是通过三种方法有效的减少了所需充电器的数量:提高充电器利用率、规划充电器路径并对其进行协调。与其他方法相比,SCCS具有较低的复杂度和较高的可扩展性。最后,仿真结果证明该策略能有效的减少所需充电器的数量。
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