一对一充电方式下WRSNs网络充电簇划分研究

摘要

无线可充电传感器网络（Wireless rechargeable sensor networks，WRSNs）中，节点能否及时获得能量补充，直接关系到网络稳定性;相应地，充电簇划分合理如否，关系到能量调度效率和合理性。本文针对WRSNs的特点，依据节点分布特点及路由架构，从静态和动态两个方面，开展充电簇划分研究，具体工作如下: 结合WRSNs中节点均匀分布，基于地理位置平面路由协议的节点静态能耗模型，提出一种正六边形全覆盖的充电簇静态划分模型。从最优覆盖角度，比较分析节点奇（偶）数列均匀分布和平（凸）正六边形充电簇结构组成四种充电簇划分结构，得出偶数列均匀分布、平正六边形充电簇结构最佳。在此基础上，提出考虑充电位置到基站的距离因素的最优分簇方法(Optimal clustering ofcharging location and base station，OCCLBS)，以及同时考虑充电距离和充电位置到基站的距离因素最优分簇方法(Optimal charging distance clustering-Optimalclustering of charging location and base station，OCDC-CLBS)。仿真结果表明OCDC-CLBS方法在完成充电任务MC累积消耗的时间、MC移动距离、能耗和能量利用率方面更优。考虑到网络节点能量动态消耗，基于地理位置分簇路由协议的节点动态能耗模型的特点，将网络中的普通节点和路由簇头节点分层进行充电簇划分，提出基于分层的动态能耗充电簇划分方法(Stratified charging clusteringdynamic division，SCCD)。SCCD主要思想是用正六边形充电簇结构划分普通节点，圆形充电簇划分路由簇头节点，达到网络节点能量动态补充均衡的目的。仿真结果表明，SCCD方法在节点死亡情况、完成充电任务MC累积消耗的时间、MC移动距离、能耗和能量利用率方面优于正六边形的分簇方法。 分析WRSNs中节点随机分布，基于地理位置平面路由协议节点静态能耗模型的特点，通过传能距离，节点获取自己相邻节点。依据相邻节点数，提出非全覆盖圆形-密度静态能耗充电簇划分方法(Circular-density clustering method，CDCM)。考虑到网络节点能量动态消耗，基于地理位置分簇路由协议节点动态能耗模型特点，依据充电半径，获取待充电节点的圆形充电簇，节点的圆形充电簇交叉区域中心位置为充电位置，提出了圆形-交叉动态能耗充电簇划分方法(Circular-cross clustering method，CCCM)。从节点死亡情况、MC累积消耗的时间、MC移动距离、能耗和能量利用率方面进行仿真，结果表明:CDCM方法优于正六边形的分簇方法;而CCCM方法效果最优。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1引言

1．2课题研究现状

1．2．1 WRSNs中基于磁耦合一对一充电方式的研究现状

1．2．2 WRSNs中一对一节点均匀分布充电簇的划分研究现状

1．2．3 WRSNs中一对一节点随机分布充电簇的划分研究现状

1．3论文内容和结构

第二章一对一WRSNs网络及模型构建

2．1概述

2．2 WRSNs网络模型

2．3节点通信能耗模型

2．4数据路由协议

2．4．1基于地理位置的平面路由协议(GPSR)

2．4．2基于地理位置的分簇路由协议(GSCH)

2．5节点的剩余能量模型

2．6充电半径大小的确定

2．7一对一充电调度算法

2．7．1确定充电调度次序

2．7．2基于蚂蚁算法的单MC充电调度算法(SMCCS-AA)步骤

2．8评价指标

2．8．1网络死亡节点数

2．8．2 MC移动的距离

2．8．3完成充电任务MC累积消耗时间

2．8．4完成充电任务MC累积能量消耗和能量利用率

2．9本章小结

第三章节点均匀分布模型下的充电簇划分模型

3．1概述

3．2节点均匀分布模型

3．3改进的正六边形静态能耗充电簇划分模型

3．3．1充电簇结构模型

3．3．2充电簇划分方法

3．3．3确定节点所属充电簇

3．3．4正六边形充电簇最优分簇方法

3．3．5改进的正六边形充电簇最优分簇方法

3．3．6充电簇的剩余能量

3．4分层的动态能耗充电簇划分模型

3．4．1基于GSCH路由的节点分布模型

3．4．2确定充电簇结构模型

3．4．3充电簇的基本结构实现

3．4．4确定节点所属充电簇

3．4．5充电簇和充电簇中充电位置的确定

3．5确定充电调度算法中充电次序

3．6仿真结果及分析

3．6．1仿真参数设置

3．6．2节点静态能耗部分仿真分析

3．6．3节点动态能耗部分仿真分析

3．7本章小结

第四章节点随机分布模型下的充电簇划分模型

4．1概述

4．2．1网络模型构建

4．2．2确定充电簇的结构模型

4．2．3充电簇的划分方法与过程

4．2．4确定节点所属充电簇和簇头位置

4．3圆形-交叉的动态能耗充电簇划分模型

4．3．1网络模型构建

4．3．2充电簇的基本结构

4．3．3充电簇的划分方法与过程

4．3．4节点所属充电簇和充电簇中充电位置的确定

4．4仿真结果及分析

4．4．1仿真参数设置

4．4．2节点静态能耗部分仿真分析

4．5本章小结

第五章总结与展望

5．1总结

5．2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

附录 论文中符号及其含义

致谢