WRSN中基于磁耦合谐振充电技术的能量补充方法研究

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能量补充问题是无线可充电传感器网络(Wireless Rechargeable Sensor Networks,WRSN)的重要的一个研究课题,借助磁耦合谐振充电技术,可实现单个充电装置同时对充电覆盖范围内的多个传感器节点进行能量补充,还能够实现多跳充电从而有效延申充电距离,提高网络充电效率。本文基于磁耦合谐振充电技术,从单对多和多跳两个角度提出两种可行有效的方案对WRSN进行能量补充,主要研究内容如下:第一、借助磁耦合谐振充电技术,可实现单个充电装置同时对多个传感器节点进行能量补充,从而提高网络充电效率,降低充电成本。现有的单对多充电方案往往忽略了磁耦合谐振充电技术的能量分配,对于移动充电器的停靠位置(即驻点)没有考虑发射线圈与接收线圈、以及多个接收线圈之间的高度、角度和距离等物理因素产生的互感对能量传输效率的影响。本文主要考虑距离产生的互感,提出一种在线能量补充策略(OMRN),该策略基于互感模型和连续平面上的重心法选址问题,根据线圈之间的距离找出移动充电器的最优驻点,让多个节点能量接收达到均衡,从而减少总充电时长,使充电效率最大化。第二、能量可以通过谐振中继器实现多跳传输,如此可以延长充电距离。本文提出在执行器上配置谐振中继器,由于执行器是可移动并且可控的,可以让执行器移动至合适的中继位置,能量通过执行器转发至充电覆盖范围内的多个传感器节点,这样能够使多个节点同时充电,减少充电时长,并且在网络拓扑发生变化后,基站会重新基于带权集合覆盖问题到数量最少,权重和最小的中继位置集合。仿真实验表明,本文提出的方法可以显著减少充电成本和充电时延,减少节点失效率,从而延长网络生存时间。
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