無線傳感器網(wǎng)絡移動充電算法研究與設計.pdf

1、近年來，隨著無線通信和硬件技術的進步，WSN得到了飛速的發(fā)展。基于WSN的應用也從美國軍方領域擴散到了生活中的方方面面，如環(huán)境監(jiān)測、森林火災預警、家庭應用自動化、身體健康監(jiān)測甚至旱農(nóng)作業(yè)等。然而，傳感器節(jié)點的電量有限問題已經(jīng)成為阻礙WSN發(fā)展的最關鍵因素之一。受節(jié)點體積的影響，采用電池供電的傳感器節(jié)點僅僅存儲有極小容量的電池。此外，傳感器網(wǎng)絡通常由大規(guī)模數(shù)量的傳感器節(jié)點組成，這些節(jié)點往往隨機散布在危險、惡劣甚至無人員到達過的原始環(huán)境中，

2、一經(jīng)部署便極難維護甚至不可維護?；诖讼拗?，通過更換電池為傳感器節(jié)點持續(xù)供能完全不現(xiàn)實，節(jié)點能限問題早已變成WSN研究過程中的一大核心問題，亟待解決，如何解決WSN節(jié)點的能量受限問題，具有戰(zhàn)略性的意義。在能量管理方面，國內(nèi)外研究人員致力于節(jié)點環(huán)境能量收集和節(jié)能這兩方面的研究，并且取得了不錯的進展。然而，節(jié)能僅僅可以延長傳感器節(jié)點的壽命，而能量采集由于技術限制和環(huán)境的影響也是不穩(wěn)定、不可靠的。近期在無線能量傳輸和可充電鋰電池技術的突破為無

3、線傳感器網(wǎng)絡的供能提供了可能：攜帶者高電量的移動車輛或機器人來充當移動充電器周期性的為傳感器節(jié)點傳輸能量。
　　本文首先從體系結(jié)構(gòu)、特征等方面對無線傳感器網(wǎng)絡做了簡要的概述，然后詳細的介紹了移動充電領域所涉及到的相關技術，包括節(jié)能技術、能量收集技術以及無線充電技術等。通過引入能量上下限的概念，把無線傳感器網(wǎng)絡的移動充電問題問題轉(zhuǎn)化為基于時間窗的車輛路徑問題，這是一個經(jīng)典的多旅行商問題。簡單來說，就是在網(wǎng)絡中各個傳感器節(jié)點具有不同能

4、量消耗率的前提下，基于傳感器節(jié)點具有充電閾值上下限的事實，合理的為每個傳感器節(jié)點定義需要充電的時間上限和下限，設計出最合理的路徑規(guī)劃算法，完成對傳感器節(jié)點的充電。隨后，本文定量分析了網(wǎng)絡半徑及所需的移動充電器數(shù)量與傳感器節(jié)點的數(shù)量，移動充電器所攜帶的能量等之間的定量關系。在此基礎之上，提出了一個近似算法。通過添加虛擬點的方式，將該多旅行商問題轉(zhuǎn)化為單旅行商問題，通過近似算法構(gòu)造出可行解；將所構(gòu)造出的可行解使用2-opt的局部優(yōu)化方法進行