无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)在不同的领域有着广泛的应用潜力。传统的WSN一般由电池供电,然而一旦节点的电量耗尽,节点就会失效。在很多应用场景中,更换节点电池是很麻烦甚至是不可能的。近些年来,具有捕获环境中能量的WSN越来越受到重视。其中,射频能量捕获无线传感网(Radio Frequency Energy Harvesting Wireless Sensor Network,RF-EHWSN)是较有潜力的一种。本文考虑由专有射频能量源(Energy Transmitters,ETs)来供电的RF-EHWSN。在所考虑的RF-EHWSN中,一方面,ETs成本较高,另一方面ETs的部署位置很大程度地决定节点的能量捕获功率,所以如何部署尽可能少的ETs来保证网络中的传感器节点能够正常工作是一个值得研究的问题。本文针对节点的能量捕获功率需求不相同的RF-EHWSN,研究其ETs部署问题。主要研究内容和创新工作有:(1)研究如何部署全向(即射频能量朝所有方向辐射)ETs,从而满足所有节点的能量捕获输出功率需求并且最小化ETs数目。首先建模出该最少化ETs布置问题,为深入了解该问题提供理论基础。然后提出了一种复杂度较低的贪婪式ETs布置方法和一种复杂度略高些的基于粒子群优化的ETs布置方法。(2)研究如何部署有向ETs,从而满足所有节点的能量捕获输出功率需求并且最小化ETs数目。首先建模出该最少化ETs布置问题,然后提出了一种贪婪式ETs布置方法和一种复杂度较低随机式ETs布置方法。上述所提出的方法不仅具有可以接受的计算复杂度,又能够找出满足节点能量捕获需求的数目较少的ETs部署方案。
无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是物联网四大核心技术之,一直是当前众多学科中的研究热点。作为物联网感知层的重要组成部分,无线传感器网络的发展有助于全面提升物联网在社会生产生活中的信息感知能力、信息互通性和智能决策能力,它将有望掀起第三次信息产业浪潮。无线传感器网络由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点及基站构成;具备自组织、多跳路由、动态拓扑、以数据为中心等特点。如何降低WSN的能量消耗,延缓节点死亡时间,延长其生存时间一直是研究的热点问题。无线传感网络低功耗路由协议的研究对于延长无线传感网络的生存时间具有重要的意义,近年来,在LEACH协议基础上发展出了很多具有代表意义的低功耗层次路由协议,这些改进取得了很好的成果,但是他们的仿真环境都很少考虑到实际应用中的多种传感器同时部署的情况,一定程度上降低了算法的应用价值。本文以LEACH协议为基础进行改进,使其适用于多种数据同时采集的感知异构无线传感器网络,提出了可变通信周期策略及能量均衡LEACH协议—ACPSEB-LEACH(Alterable Communication Period Strategy and Energy BalancedLEACH)协议,该协议从抑制节点数据发送量方面出发,将数据采集周期与数据通信周期分离,采取簇内可变通信周期策略以减少部分节点的能量消耗,此策略能将各类节点进行差异化区分;在此基础上,引入节点活跃度因子进行簇头选举公式优化和成簇优化,实现全局网络能量均衡。仿真表明,改进后的协议在延长网络生存周期、平衡全局能量上有更好的效果。
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