【摘 要】
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无线传感器网络由于节点规模大、部署简易等优势,成为21世纪对现代科技发展有着巨大影响的技术之一。随着无线能量传输技术的快速发展,关于无线可充电传感器网络的研究逐渐拉开序幕,这一技术在一定程度上缓解了无线传感器网络能量受限带来的局限性,具有很大的发展潜力。可以将无线传感器网络分类为平面型和层次型,在平面型网络中每个节点将数据通过网络路由发送到基站,而层次型是一种将节点组织成簇,簇头节点将簇内所有的数
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无线传感器网络由于节点规模大、部署简易等优势,成为21世纪对现代科技发展有着巨大影响的技术之一。随着无线能量传输技术的快速发展,关于无线可充电传感器网络的研究逐渐拉开序幕,这一技术在一定程度上缓解了无线传感器网络能量受限带来的局限性,具有很大的发展潜力。可以将无线传感器网络分类为平面型和层次型,在平面型网络中每个节点将数据通过网络路由发送到基站,而层次型是一种将节点组织成簇,簇头节点将簇内所有的数据进行融合操作后统一发送给基站,相对而言减少了网络中的能量消耗。因此本论文主要对无线充电设备充电策略的规划和网络的分簇协议展开研究,主要的研究内容如下:对于平面型无线可充电传感器网络中的节点充电,提出一种基于萤火虫算法的综合考虑时间因素和空间因素的非周期性充电策略JCDRE(Jointly Consider Distance and Residual Energy),具体表现在联合考虑节点的实时剩余能量和传感器节点与无线充电设备之间的动态距离,为充电设备规划充电路径和充电时隙,这不同于离线的周期性充电,能够更好地满足动态应用需求。并为节点设置濒危级别,对于濒危节点将剩余能量和到充电设备的距离分别作为萤火虫算法的两个吸引力分力,充电设备始终选择吸引力最大的濒危节点进行充电,同时还设置了动态的充电时隙。通过与FCFS(First Come First Serve)、NJNP(Nearest Job Next with Preemption)算法的对比,仿真结果表明所提的JCDRE算法在网络生命周期、数据收集量、充电延迟等方面优势突出。在层次型网络的分簇阶段,提出一种网络能量均衡的动态分簇算法。利用轮廓系数法得到最佳的簇头个数后,在初步分簇阶段设置两个阈值使得候选簇头在该簇内剩余能量以及与簇内节点和基站之间距离都具有一定优势。为了平衡簇头区域节点能量,动态调整各个区域的簇规模,让离基站近的簇规模一定程度上大于离基站远的簇;为了均衡整个网络内节点能量,设置能量方差阈值分析整体网络的能量状况,并周期性地更换簇头节点。最后再用萤火虫算法规划无线充电设备对濒危节点的充电时隙和充电路径。最终与基准方案对比表明,该方案在一定程度上保证了节点的能量均衡并延长了网络生命周期。
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