美國E+E無線可充電傳感器研究的詳細資料:
美國E+E無線可充電傳感器研究
無線傳感器網絡是21世紀信息獲取zui重要、zui基本的技術之一,具有重大的實際應用背景和戰略研究價值。然而由于傳感器節點體積較小,攜帶的能量有限,并且傳感器網絡中普遍存在能耗不均衡現象,因此能量問題成為當前傳感器網絡實際部署和應用所要克服的zui重要的難題之一。
美國E+E無線可充電傳感器研究
無線可充電傳感器網絡解決方案能夠緩解乃至消除無線傳感器網絡的能量瓶頸。已有研究工作利用單個或多個高能量儲備的移動充電節點為各傳感器節點實施近距離無線充電來保證傳感器節點的存活,而MC可以在一個服務站節點(S, service Station)更新自身能量。這種方案具有高可控性、高可預測性及高效率,并且從理論上能夠*解決無線傳感器網絡的能量問題,因此受到廣泛關注和深入研究。其中,充電規劃是zui核心和zui基本的研究問題之一,優化的充電規劃能夠利用zui少的資源獲得zui高的網絡效用。充電規劃的相關算法和思路還可以用于設計服務分發、物流運輸等受限資源的調度問題,具有廣泛的應用基礎。
本論文從無線可充電傳感器網絡中充電規劃可調度性判定問題入手,研究基于單MC和多MC的充電規劃設計,在保證可靠充電服務的條件下,zui小化充電系統的總代價。本論文的主要工作和貢獻包括:(1)提出充電規劃可調度性的概念,并提出判定充電規劃可調度的充分條件和必要條件。充電規劃的可調度性是指給定充電系統的硬件配置,是否能夠讓。MC根據某個充電方案進行充電,使得傳感器網絡達到目標生命期。在設計MC的充電方案之前,根據本論文提出的充分條件和必要條件,收集傳感器網絡相關參數后可以直接對充電規劃的可調度性進行高效的判定。對于任意充電規劃,如果它滿足充分條件,則可調度,同時可構造出一個可行的充電方案;如果它不滿足必要條件,則不可調度,任何充電方案都不能使傳感器網絡達到目標生命期。(2)針對采用單個MC的一般性傳感器網絡,提出可行充電方案的一般性描述方程以及周期性貪心充電方案。任何充電方案可行當且僅當它滿足該描述方程;針對不同應用目標,可以將描述方程轉化成充電方案的優化方程形式進行求解。PGC方案對描述方程進行約束,大大簡化它的形式,從而能夠以線性時間復雜度構造出可行的充電方案。(3)針對采用單個MC的能耗不均衡的傳感器網絡,提出按需貪心充電方案和一種S部署方案。CoD方案充分考慮傳感器網絡能耗不均衡的特點,每一輪只為剩余工作時間小于臨界閾值的傳感器節點進行充電,在理論上保證所有傳感器節點不死亡的條件下,能夠顯著降低MC的總移動距離,從而提高其充電效率。實驗數據表明,與采用周期性充電方案的相關工作比較,CoD方案能夠降低MC約50%的總移動距離。在采用按需充電方案時,由于每個傳感器節點的充電頻率相差很大,因此提出一種將S部署在傳感器網絡能耗熱點區域的方案。實驗數據表明,綜合使用CoD方案和S部署方案能夠進一步降低MC約20%的總移動距離。當傳感器網絡能耗較為均衡時,CoD方案退化成PGC方案。(4)針對采用多個MC的大規模傳感器網絡,提出基于回路的貪心充電方案。本論文指出充電規劃中所需zui少數量的。MC問題與距離受限的多回路運輸問題之間存在本質差別,并將前者分解為兩個緊耦合的NP*子問題。首先基于回路可調度的充分條件將傳感器網絡劃分成若干可調度的回路,然后根據啟發式規則將這些回路分配給zui少數量的MC,同時以極低的復雜度構造每個MC為各個回路的充電方案。實驗數據表明,TGC方案使用的MC數量僅為相關工作的20%-40%,而并且不超過理論下界的1.1倍。當整個傳感器網絡能夠被單個MC在一輪中充電時,TGC方案退化成PGC方案。(5)提出無線可充電傳感器網絡中充電規劃的一般性設計思路,并舉例進行驗證。
美國E+E無線可充電傳感器研究
基于無線可充電傳感器網絡相關工作,歸納出設計充電規劃軟硬件兩個層面的六個重要維度。分析對比每個維度中不同類型方案的優缺點,并指出每種方案的適用場景,為設計不同需求和不同應用場景的無線可充電傳感器網絡提供方案建議和理論依據。
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