联合充电调度的节点部署算法研究

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无线可充电传感器网络(Wireless rechargeable sensor networks,WRSNs)中,节点部署直接关系到网络监测是否有盲区以及网络成本。WRSNs节点部署不同于传统的无线传感器网络,因为网络存在携带能量的移动充电小车(Mobile Charger Car,MC)不断为普通节点补充能量。因此,如何在节点能量动态补充情况下部署网络中的节点,实现节点优化部署,降低网络成本,优化网络结构具有重要的应用价值。在基于GPSR路由协议的WRSNs中,发现GPSR路由协议在贪婪转发及周边转发所存在的路径构建冗余以及导致的节点间能耗不均衡问题,本文提出一种改进的GPSR路由协议,改进的路由协议在选择下一跳节点时考虑了节点的剩余能量、节点间的距离、节点间所构成的角度等因素。仿真表明改进的路由协议均衡了传感器节点之间的能量消耗,适合于无线可充电传感器网络。从网络生命周期、节点死亡数量、节点死亡序列、网络能耗平衡四个方面仿真分析充电调度对网络性能的影响。仿真结果表明,充电调度延长了网络寿命,使网络中节点死亡数量大大减少,网络的能耗均衡性得到改善;但充电调度也存在的一些问题,如MC充电的路径是从网络待充电节点的整体角度进行规划的,可能会使能耗相对较高的节点因为充电不及时而死亡。针对上述情况,在节点部署过程中综合考虑节点能量动态补充,本文提出结合充电调度的节点部署算法。算法设计上基于节点死亡因素,从节点的能耗以及MC充电调度两个层面划分节点重要级别,通过节点级别确定部署冗余节点以及其数量。在定义节点级别上,考虑节点剩余能量因子、节点能耗因子、节点类型因子等节点能耗方面因素,也考虑距离因子、充电调度因子等能量调度因素。仿真结果表明,与阿基米德螺旋部署算法(Node Deployment with Archimedes’Spiral,NDAS)、非均匀节点部署算法(Non-uniform Node Distribution Strategy,NNDS)相比,本文部署算法在网络生命周期、节点死亡率、节点能耗均衡度、节点剩余能量率五个方面具有明显优势,平衡了网络节点间能耗。
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