【摘 要】
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无线功率传输技术(Wireless Power Transfer,WPT)由于不使用电线和电池,提高了电子设备的移动性、便利性和安全性。目前无线功率传输技术广泛应用于无线可充电传感器网络(Wireless Rechargeable Sensor Network,WRSN)的能量补充,学术界对此有广泛的研究。然而,之前的研究主要致力于最大化充电功率,对无线充电的鲁棒性问题有待进一步研究。无线充电器和
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无线功率传输技术(Wireless Power Transfer,WPT)由于不使用电线和电池,提高了电子设备的移动性、便利性和安全性。目前无线功率传输技术广泛应用于无线可充电传感器网络(Wireless Rechargeable Sensor Network,WRSN)的能量补充,学术界对此有广泛的研究。然而,之前的研究主要致力于最大化充电功率,对无线充电的鲁棒性问题有待进一步研究。无线充电器和可充电传感器都有可能发生故障,研究无线可充电传感器网络对于故障的容错性具有重要的现实意义。本课题面向WRSN中充电器和传感器出现故障的场景,设计有向无线充电器的放置方法提高WRSN容错性能。对于WRSN中充电器出现故障的情况,本文的思路是确保每个传感器可以从多个无线充电器接收非零功率。首先形式化鲁棒覆盖有向无线充电器放置问题(Charger Placement for Robust Coverage,CPRC),即在满足传感器覆盖需求的前提下最小化部署的充电器数量。通过区域划分和支配策略提取方法,将问题转化为性能无损失的等价整数规划问题。设计近似算法解决CPRC问题,通过理论证明CPRC算法具有多项式运行时间和Hn的近似度,其中(Hn=1+1/2+1/3+…+1/n)。最后,进行了大规模的模拟实验和小规模的实物实验验证CPRC算法的优越性。结果表明,CPRC算法的充电器数量比对比算法减少至少17.48%。对于WRSN中传感器出现故障的情况,本文的思路是将充电能量尽可能均匀分布到各个传感器中,使得正常传感器可以承担失效传感器的工作任务。首先形式化鲁棒效用有向无线充电器放置问题(Charger Placement for Robust Utility,CPRU),即确定有限个充电器的放置策略从而最大化传感器最小充电效用。通过充电功率近似、区域离散化和支配策略提取,将CPRU问题转化为具有有限策略空间的组合优化问题。本文提出一种将二分搜索和贪婪算法相结合的CPRU算法求解该问题,通过理论证明CPRU算法具有多项式运行时间。最后,进行了大规模的模拟实验和小规模的实物实验验证CPRU算法的优越性,结果表明,CPRU算法的最小充电效用比对比算法高出至少21.15%。
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