基于分簇的无线可充电传感器网络构建及充电策略研究

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1、分类号：ＴＰ３９３单位代码：１０１８３研究生学号：２０１５５２４０３１密级：公开吉林大学硕士学位论文专业学位（）基于分簇的无线可充电传感器网络构建及充电策略研究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＣｈａｒｉｎＳｔｒａｔｅＢａｓｅｄｏｎＣｌｕｓｔｅｒｉｎｇｇｇｙｇｉｎＷｉｒｅｌｅｓｓＲｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋ作者姓名：吴昊类别：工程硕士领域（方向）：电子与通信工程指导教师：董颖副教授培养单位：通信工程学院２０１８年

2、６月基于分簇的无线可充电传感器网络构建及充电策略研究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＣｈａｒｇｉｎｇＳｔｒａｔｅＢａｓｅｄｏｎｇｙＣｌｕｓｔｅｒｉｎｉｎＷｉｒｅｌｅｓｓＲｅｃｈａｒｅａｂｌｅＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｇｇ作者姓名：吴昊领域方向：电子与通信工程指导教师：董颖副教授类别：工程硕士答辩日期：？年＾丨＆月３日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式

3、的复制、修改ｖ发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：％ｋ日期：ｐＡ年Ｓ月ｄ日摘要基于分簇的无线可充电传

4、感器网络构建及充电策略研究近年来，随着信息技术的不断发展，万物互联成为一种新趋势，大量无线设备涌入人们的日常生活，然而，有限电量的电池却限制了无线设备的性能，无线可充电设备的的出现正是迎合了市场的需求，但这也离不开无线能量传输技术的发展。同时，无线能量传输技术也改变了WSN的发展方向，由于WSN是一种能量受限型网络，因此，在网络中加入一些可移动的无线充电装置对濒临死亡的节点进行能量补充是一种有效的办法，人们将这种网络定义为无线可充电传感器网络（WRSN，WirelessRechargeableSensorNetwork）。在WRSN

5、的研究中，主要面临2个方面的问题：网络结构模型设计和充电规划，分析WRSN的发展历程、发展现状和组成结构，在以往的文章中，WRSN的充电规划和网络结构模型往往是相互独立，毫无关联，本文将这两个模型结合起来进行协同设计，两种模型采用同一种分簇方法。网络结构模型设计的原则是最大化的均衡节点的能量，带来的效果是WCE更高的充电效率；而充电规划主要的任务是确保充电过程中簇内节点不死亡，这也就保证了网络模型的永续性。在网络结构模型的研究中，本文提出一种固定分簇的网络结构模型，以均衡簇内节点能耗为最终目标，节点之间采用一阶无线电能耗模型进行通信

6、，本文将网络结构模型分为3个部分研究：分簇算法、簇头的轮换规则，簇内的拓扑结构。在分簇算法的研究中，本文采用基于K-means的固定分簇算法；在簇头的轮换规则中，簇头的轮换频率与簇内节点的平均剩余能量相关，发生簇头轮换时，簇内剩余能量最高的节点当选新的簇头节点；在簇内拓扑结构的研究中，首先采用了单跳的星型拓扑结构，针对该模型下簇头节点能耗过快的问题，本文采用限制簇头节点发射功率的办法，通过提出节点之间通信的约束条件，将问题转化为求解临界节点的问题，最终通过DDP算法和BTM算法获得一个单双跳结合的簇内拓扑模型，通过仿真分析，单双跳结

7、合的簇内拓扑模型能有效地均衡簇内节点的能耗，提高节点的能量效用，延长网络的充电周期。在充电规划的研究中，本文提出一种以簇为单位的充电模型，其中，充电时一个通信簇内的节点也在同一个充电簇中，当簇头节点发起充电请求时，WCE按照既定的路线为簇内所有的节点进行充电。通过网络结构模型的设计，基本实现簇内节点的能耗均衡，这为实现充电模型的高效充电提供了基础。在充电模型的研究中，主要涉及2个方面内容：充电路径的规划、充电阈值的设定，其中充电路径规划问题可以看做是TSP问题，本文采用了NJNP策略和改进的蚁群算法求解最短路径，经过仿真对比，采用改

8、进的蚁群算法能够获得更短的充电路径；为保证充电过程中，没有节点因能量耗尽而死亡，必须对节点设置合理的充电阈值，I本文规定，充电期间，簇头节点不能进行轮换，从充电开始到节点完成充电这段时间中，节点最大的能量消耗量作为最低充电阈值。关键词