大规模可充电无线传感器网络充电车的路径优化

摘要

近年来无线传感器网络技术不断成熟，各种新型应用在不同领域中得到越来越广泛地得到使用。传统的依靠电池供电的无线传感器网络因为后期维护的难度巨大极大地限制了网络的性能，而普通的基于可再生资源收割的能量采集技术又会因为时变性对系统稳定性和安全性产生影响，因此新的能量补充手段刻不容缓。无线能量传输技术填补了该领域的空白，很有效的解决了无线传感器的能量补给问题。
　　在近期的研究中已有学者将该技术应用到小规模无线传感器能量补给领域，并取得了良好的成效。但在大规模传感器网络中该方法并不是很适用，由于充电车设备所携带的电量有限需要多次返回基站补充能量，且单辆充电车补充能量周期太长无法保证所有传感器节点在充电周期内正常工作，因此一次派遣多辆充电车完成能量补充任务成为我们考虑的问题，选取合适的充电路径可以有效地保证整个传感器网络的正常运行。
　　本文在阅读大量已有VRP研究成果基础上对该问题进行了研究，主要研究内容和成果如下:
　　(1)构建了大规模无线可充电传感器网络的充电车路径优化问题的数学模型。首先对移动充电车能量补充问题的各个环节进行系统的阐述并将需达成的目标与约束条件进行结合，首先利用一个回路模型勾勒出问题的轮廓，并在此基础上进一步细化构建出一个异构的传感器网络数学模型。
　　(2)在比较现有VRP算法的基础上说明了启发式算法的可行性和必要性并提出了基于贪心思想的路由选择算法，有效地解决了我们的充电车路径选择问题。
　　(3)就我们的具体问题提出了一个工程化的假设，并证明了在此工程化假设前期下该算法所能达到的性能的上界，同时证明了我们的问题不存在优于1.5倍近似的最优解。
　　(4)通过仿真实验，对所提出的算法进行分析比较。分析结果证明我们的算法在大规模传感器网络中效果良好，该算法是求解大规模传感器网络充电车路径问题的一个较好方案。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究的目的和意义

1．3 无线可充电传感器网络概述

1．3．1 无线可充电传感器网络

1．3．2 无线供电技术

1．3．3 研究现状

1．4 本文主要工作

第二章 无线充电车路径规划问题

2．1 车辆路径问题国内外研究综述

2．2 问题描述

2．3 数学模型

2．3．1 传感器网络模型

2．3．2 充电模型设计

2．3．3 充电过程模型设计

2．4 最少移动充电车问题的定义

本章小结

第三章 基于贪心思想的移动充电车路径优化算法

3．1 现有车辆路径问题求解算法

3．1．1 车辆路径问题精确算法

3．1．2 车辆路径问题启发式算法

3．2 基于贪心思想的移动充电车路径选择算法

3．2．1 单充电车最优路径选择

3．2．3 基于贪心思想的移动充电车路径优化算法正确性证明

3．3 算法性能分析

第四章 实验结果与分析

4．1 基于贪心思想的无线充电车路径优化仿真实验

4．2 基于贪心思想的无线充电车路径优化仿真实验结果分析

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

声明