关于如何延长无线传感网络寿命的研究

摘要

无线传感器网络（WSN），简称为无线传感网，作为信息感知领域内的革新技术，自诞生以来便以其相对于传统有线传感网络的诸多优点获得了世界范围内广泛的关注。无线传感网由数量不等的无线传感器节点组成，而这些传感器节点的能源往往来自于容量有限的内置电池，因而其寿命非常有限，最终导致整个无线传感网的寿命受到严重的限制。尽管在传统上已经有大量的研究关注于如何延长无线传感网的寿命并提出了多种多样的方法和策略，但有限能源带来的有限寿命仍然制约着无线传感网的发展，并且是阻碍无线传感网大规模实际应用的重要障碍之一。近些年来，在无线能量传输（Wireless Energy Transfer）领域内的突破性进展，为解决无线传感网的能源困境带来了一丝曙光。不少学者们开始尝试利用无线能量传输技术延长无线传感网的寿命，甚至提供一个具有无限寿命的无线传感网系统。通常情况下，研究者们利用一个或者多个被称为无线充电载具（Wireless Charging Vehicle）的可移动装置周游于无线传感网部署的区域并使用无线能量传输技术对传感器节点进行无线充电。然而，现有的文献中大部分关注于如何安排WCV的充电调度策略、如何减小节点的充电时延、如何让多个WCV相互协作从而提供更为强大的能源补充能力等问题，却几乎没有文献关注于为了让无线传感网的寿命得到一定程度的延长，WCV所需要消耗的能源，也即，无线传感网的充电代价。本文便将注意力集中在如何最小化无线传感网的充电代价上。基于对无线能量传输技术研究现状的考察，提出了一种新的节点部署策略，更进一步，将路由安排结合起来，设计出一个路由安排与节点部署联合方案。该联合方案利用一个称为 Energy‐Minimum Workload‐Concentrate的算法实施，目的在于最小化无线传感网的充电代价。通过大量的仿真实验，验证了该联合方案的有效性，并讨论了几个具有代表性的实验结果。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2研究内容及工作

1.3论文结构

第二章 相关工作及关键技术理论

2.1延长无线传感网络寿命的传统方法

2.2无线能量传输技术

2.3将无线能量传输技术用于延长无线传感网的寿命

2.4新的挑战

2.5本章小结

第三章 最小化充电代价问题模型

3.1影响充电代价的关键因素

3.2系统模型与问题的形式化

3.3本章小结

第四章 路由安排与节点部署联合方案

4.1基本思想

4.2 Energy-Minimum Workload-Concentrate 算法

4.3本章小结

第五章 仿真实验与结果分析

5.1仿真实验的设定

5.2实验结果分析

5.3本章小结

第六章 结束语

6.1论文主要工作

6.2未来工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

上海交通大学硕士学位论文答辩决议书

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