可持续能量收集无线传感器网络能量建模与优化

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1、硕士学位论文可持续能量收集无线传感器网络能量建模与优化SUSTAINABLEENERGYHARVESTINGWIRELESSSENSORNETWORKSENERGYMODELINGANDOPTIMIZATION王振海哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP315学校代码：10213国际图书分类号：681.3密级：公开硕士学位论文可持续能量收集无线传感器网络能量建模与优化硕士研究生：王振海导师：李全龙副教授申请学位：工学硕士学科：软件工程所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:T

2、P315U.D.C:681.3DissertationfortheMasterDegreeSUSTAINABLEENERGYHARVESTINGWIRELESSSENSORNETWORKSENERGYMODELINGANDOPTIMIZATIONCandidate:WangZhenhaiSupervisor:A.P.LiQuanlongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:SoftwareEngineeringAffiliation:SchoolofComputerScienceandT

3、echnologyDateofDefence:June,2016Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着能量收集技术研究的不断深入，配备能量收集设备的无线传感器节点能够为无线传感器网络提供更加优秀的能量解决方案。能量收集无线传感器网络(EH-WSNs:EnergyHarvestingWirelessSensorNetworks)克服了传统的无线传感器网络存在的诸多缺陷：有限的电池存储容量、不可预测的电池寿命以及极高的维护成本等，因此也逐渐成为近年来

4、诸多科研工作者努力探索与研究的焦点之一。能量收集无线传感器节点通过能量收集设备，比如太阳能电池板，源源不断地获取环境中的能量并转换成电能，作为无线传感器节点的稳定电源。理论上，如果无线传感器节点的能量收集功率恒大于能量消耗功率，就可以保证能量的可持续性，使得无线传感器节点的生命周期达到无限并且无需人工维护，能够一劳永逸地解决传统的无线传感器节点存在的固有缺陷。本文的理论研究主要针对固定式的太阳能驱动无线传感器网络，并分别从优化能量收集效率和优化能量调度策略的角度，重点涉及两个方面的内容：其一，针对太阳能收集的随机性与不确定性等特点，基于太阳光线入射规律和能量

5、计算模型，本文提出了针对任意地理位置和时间区间的太阳能驱动无线传感器节点的部署与优化策略，使得能量收集效率达到最优；其二，根据确定的节点部署策略，以及超低功耗无线传感器节点的能量消耗规律，设计节点的能量管理模型，并在此基础上设计并实现节点的动态能量调度算法：动态占空比算法和能量再分配算法。基于上述研究内容，本文设计并实现了太阳能驱动无线传感器节点部署与调度系统。系统主要包括三个功能模块：网络监控模块、节点部署与优化策略模块和动态能量调度模块。网络监控模块作为太阳能驱动无线传感器网络的远程终端，通过UART串口连接到整个无线传感器网络，实时显示整个无线传感器网

6、络的感知信息与工作状态；节点部署模块主要针对本文提出的节点部署与优化策略，根据用户指定的一系列参数信息，基于晴天/非晴天能量计算模型，生成太阳能驱动无线传感器节点的部署策略和起止时间之内的能量分布规律；动态能量调度模块与节点级应用程序直接相关，实时显示无线传感器网络的拓扑结构以及节点的能量调度状态。作为动态能量调度模块的一部分，本文设计并实现了节点级嵌入式动态能量调度算法：动态占空比算法和能量再分配算法，并根据真实的实验数据对算法的合理性进行验证。关键词：无线传感器网络；太阳能；节点；能量收集；能量管理；占空比-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Abstra

7、ctWiththecontinuousdeepeningoftheresearchonenergyharvestingtechnology,wirelesssensornodesequippedwithenergyharvestingequipmentcanprovidebetterenergysolutionsforwirelesssensornetworks.Energyharvestingwirelesssensornetworks(EH-WSNs)overcomemanyshortcomingsofthetraditionalwirelesssens

8、ornetworks:limitedbatterys