射频能量捕获无线传感网的能量源最优部署方案

摘要

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。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本章研究内容

1.4 论文的组织架构

第2章 能量捕获无线传感器网络

2.1 无线传感器网络

2.2 能量捕获传感器网络

2.3 本章小结

第3章 能量源最少化布置方法

3.1 系统模型

3.2 最优化ETs布置问题

3.3 ETs布置方法

3.4 性能评估

3.5 本章小结

第4章 定向射频能量供给的能量源最少化部署

4.1 系统模型

4.2 最优ETs的布置方法

4.3 ETs布置方法

4.4 实验仿真

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果