无线可充电传感器网络系统分析与优化
发布时间：2021-12-12 13:21
作为一种新兴技术,无线可充电传感器网络（Wireless Rechargeable Sensor Network, WRSN）集成了无线充电、感知、通信和计算等多种功能。与由电池供电的传统传感器节点不同,无线可充电传感器节点可以收集来自无线充电器（或读写器）的射频能量。鉴于其具有小型化的特点和通用的感知功能,无线可充电传感器在诸如仓库库存管理、供应链和环境监测、认证等领域具有广泛的应用前景。随着无线可充电传感器节点设计的日趋成熟,在传统无线传感器网络的基础上系统地分析和研究无线可充电传感器网络的性能具有很大意义。本文结合该方向的最新研究成果,以无线可充电传感器网络的系统分析与优化为主要研究内容。本文的主要工作和贡献包括以下几个方面：1.本文简要回顾了无线可充电传感器网络的研究背景、研究挑战和相关国内外研究现状。2.本文研究了无线可充电节点的定位问题。在大多数传感器网络应用中,传感器节点的位置信息都不可或缺。例如,在库房货物管理和环境监测场景中,系统需要知道节点位置从而判断传感数据的来源,并基于此进一步实现机器人辅助搜索和数据收集。同时,定位和跟踪基于RFID的节点可以帮助超市更好地理解...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
本章摘要
1.1 研究背景
1.1.1 线可充电传感器网络的构成
1.1.2 无线可充电传感器网络的主要特点
1.1.3 无线可充电传感器网络的应用场景
1.1.4 线可充电传感器网络中的研究问题与挑战
1.2 研究现状
1.2.1 无线充电技术
1.2.2 无线充电传感器节点设计
1.2.3 传感器网络的节点定位
1.2.4 无线可充电传感器网络能量优化
1.2.5 网络通信性能优化
1.2.6 基于无线可充电传感器网络的应用
1.3 本文的工作
1.3.1 研究思路
1.3.2 具体内容
第2章 无线可充电传感器网络中的节点定位
本章摘要
2.1 引言
2.2 线充电特性分析
2.3 TOC基础设计
2.3.1 问题场景
2.3.2 点切割
2.3.3 面切割
2.4 TOC扩展设计
2.4.1 单节点可行域的最优切割
2.4.2 多节点切割
2.5 分析与讨论
2.6 系统性能评估
2.6.1 实验验证
2.6.2 仿真设置
2.6.3 TOC基础算法性能
2.6.4 TOC扩展算法与TOC基础算法的比较
2.6.5 系统参数的影响
2.7 本章小结
第3章 无线充电器的移动速度最优化设计
本章摘要
3.1 引言
3.2 问题定义
3.2.1 系统模型
3.2.2 问题定义
3.3 广义二维场景下的速率控制算法设计
3.3.1 任意二维轨迹下的单节点充电场景
3.3.2 任意二维移动轨迹下的多节点充电场景
3.4 线性移动的充电器速率最优控制
3.4.1 线性轨迹下的单节点充电
3.4.2 线性轨迹下的多节点充电
3.5 系统性能评估
3.5.1 二维非规则充电器移动轨迹
3.5.2 线性移动轨迹
3.5.3 系统参数的影响
3.6 分析与讨论
3.6.1 节点初始能量的影响
3.6.2 关于网络寿命
3.6.3 不同的加速度与减速度最大值
3.7 本章小结
第4章 保感知性能的无线可充电节点调度策略
本章摘要
4.1 引言
4.2 问题描述
4.2.1 网络模型
4.2.2 能量消耗与补充
4.2.3 问题描述
4.3 算法设计
4.3.1 NP-Complete证明
4.3.2 传感器工作调度
4.3.3 最佳充电方案
4.4 仿真评估
4.4.1 仿真设置
4.4.2 与基准算法比较
4.4.3 不同节点数目下的性能比较
4.4.4 充电器不同充电容量的影响
4.4.5 不同节点初始能量大小的影响
4.5 本章小结
第5章 无线可充电传感器网络的通信时延最小化
本章摘要
5.1 引言
5.2 无线可充电传感器网络中的通信时延
5.2.1 动态周期时隙ALOHA协议
5.2.2 基于RFID的无线可充电传感器网络的通信模式
5.2.3 读写器与标签之间的通信时延
5.3 读写器线性移动下的通信时延最小化
5.3.1 算法设计
5.4 二维空间移动下的通信时延最小化问题
5.4.1 NP难证明
5.4.2 近似解设计
5.5 分析与讨论
5.5.1 传输成功率保证
5.5.2 关于单次回复通信模式的讨论
5.5.3 各向异性的通信范围
5.6 仿真结果
5.6.1 仿真设置
5.6.2 读写器在二维平面中的移动性能
5.6.3 不同系统设置的影响
5.6.4 DFSA下的系统性能
5.6.5 成功通信保障的有效性
5.7 本章小结
第6章 基于无线可充电传感器网络的加密认证系统设计
本章摘要
6.1 引言
6.2 基于传感器数据的认证系统设计
6.2.1 基于加速度计的参考设计
6.3 旋转检测与识别
6.3.1 数据预处理
6.3.2 特征矢量提取
6.3.3 F-Vectors匹配
6.4 实验评估
6.4.1 性能评估
6.4.2 系统设置
6.5 仿真验证
6.5.1 噪声对认证精度的影响
6.5.2 传感数据样本大小的影响
6.5.3 感知数据断裂的影响
6.6 本章小结
第7章 总结与展望
本章摘要
7.1 全文总结
7.2 研究展望
附录A
A.1 引理3.4.1的证明
A.2 引理3.4.2的证明
A.3 最大化E(t_i)
A.4 公式(3.22)的推导
参考文献
攻读博士学位期间主要研究成果及参与的科研项目
【参考文献】：
博士论文
[1]可充电传感器网络的资源管理与优化研究[D]. 张永敏.浙江大学 2015
[2]能量受限的传感器调度问题研究[D]. 任祝.浙江大学 2013
[3]无线传感器网络覆盖理论与资源优化研究[D]. 贺诗波.浙江大学 2012
[4]无线传感器/执行器网络的体系结构与算法研究[D]. 曹向辉.浙江大学 2011
硕士论文
[1]无线可充电传感器节点开发与能量管理研究[D]. 李紫薇.浙江大学 2014
[2]无线充电传感器网络系统及应用[D]. 江发昌.浙江大学 2012
本文编号：3536747
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
本章摘要
1.1 研究背景
1.1.1 线可充电传感器网络的构成
1.1.2 无线可充电传感器网络的主要特点
1.1.3 无线可充电传感器网络的应用场景
1.1.4 线可充电传感器网络中的研究问题与挑战
1.2 研究现状
1.2.1 无线充电技术
1.2.2 无线充电传感器节点设计
1.2.3 传感器网络的节点定位
1.2.4 无线可充电传感器网络能量优化
1.2.5 网络通信性能优化
1.2.6 基于无线可充电传感器网络的应用
1.3 本文的工作
1.3.1 研究思路
1.3.2 具体内容
第2章 无线可充电传感器网络中的节点定位
本章摘要
2.1 引言
2.2 线充电特性分析
2.3 TOC基础设计
2.3.1 问题场景
2.3.2 点切割
2.3.3 面切割
2.4 TOC扩展设计
2.4.1 单节点可行域的最优切割
2.4.2 多节点切割
2.5 分析与讨论
2.6 系统性能评估
2.6.1 实验验证
2.6.2 仿真设置
2.6.3 TOC基础算法性能
2.6.4 TOC扩展算法与TOC基础算法的比较
2.6.5 系统参数的影响
2.7 本章小结
第3章 无线充电器的移动速度最优化设计
本章摘要
3.1 引言
3.2 问题定义
3.2.1 系统模型
3.2.2 问题定义
3.3 广义二维场景下的速率控制算法设计
3.3.1 任意二维轨迹下的单节点充电场景
3.3.2 任意二维移动轨迹下的多节点充电场景
3.4 线性移动的充电器速率最优控制
3.4.1 线性轨迹下的单节点充电
3.4.2 线性轨迹下的多节点充电
3.5 系统性能评估
3.5.1 二维非规则充电器移动轨迹
3.5.2 线性移动轨迹
3.5.3 系统参数的影响
3.6 分析与讨论
3.6.1 节点初始能量的影响
3.6.2 关于网络寿命
3.6.3 不同的加速度与减速度最大值
3.7 本章小结
第4章 保感知性能的无线可充电节点调度策略
本章摘要
4.1 引言
4.2 问题描述
4.2.1 网络模型
4.2.2 能量消耗与补充
4.2.3 问题描述
4.3 算法设计
4.3.1 NP-Complete证明
4.3.2 传感器工作调度
4.3.3 最佳充电方案
4.4 仿真评估
4.4.1 仿真设置
4.4.2 与基准算法比较
4.4.3 不同节点数目下的性能比较
4.4.4 充电器不同充电容量的影响
4.4.5 不同节点初始能量大小的影响
4.5 本章小结
第5章 无线可充电传感器网络的通信时延最小化
本章摘要
5.1 引言
5.2 无线可充电传感器网络中的通信时延
5.2.1 动态周期时隙ALOHA协议
5.2.2 基于RFID的无线可充电传感器网络的通信模式
5.2.3 读写器与标签之间的通信时延
5.3 读写器线性移动下的通信时延最小化
5.3.1 算法设计
5.4 二维空间移动下的通信时延最小化问题
5.4.1 NP难证明
5.4.2 近似解设计
5.5 分析与讨论
5.5.1 传输成功率保证
5.5.2 关于单次回复通信模式的讨论
5.5.3 各向异性的通信范围
5.6 仿真结果
5.6.1 仿真设置
5.6.2 读写器在二维平面中的移动性能
5.6.3 不同系统设置的影响
5.6.4 DFSA下的系统性能
5.6.5 成功通信保障的有效性
5.7 本章小结
第6章 基于无线可充电传感器网络的加密认证系统设计
本章摘要
6.1 引言
6.2 基于传感器数据的认证系统设计
6.2.1 基于加速度计的参考设计
6.3 旋转检测与识别
6.3.1 数据预处理
6.3.2 特征矢量提取
6.3.3 F-Vectors匹配
6.4 实验评估
6.4.1 性能评估
6.4.2 系统设置
6.5 仿真验证
6.5.1 噪声对认证精度的影响
6.5.2 传感数据样本大小的影响
6.5.3 感知数据断裂的影响
6.6 本章小结
第7章 总结与展望
本章摘要
7.1 全文总结
7.2 研究展望
附录A
A.1 引理3.4.1的证明
A.2 引理3.4.2的证明
A.3 最大化E(t_i)
A.4 公式(3.22)的推导
参考文献
攻读博士学位期间主要研究成果及参与的科研项目
【参考文献】：
博士论文
[1]可充电传感器网络的资源管理与优化研究[D]. 张永敏.浙江大学 2015
[2]能量受限的传感器调度问题研究[D]. 任祝.浙江大学 2013
[3]无线传感器网络覆盖理论与资源优化研究[D]. 贺诗波.浙江大学 2012
[4]无线传感器/执行器网络的体系结构与算法研究[D]. 曹向辉.浙江大学 2011
硕士论文
[1]无线可充电传感器节点开发与能量管理研究[D]. 李紫薇.浙江大学 2014
[2]无线充电传感器网络系统及应用[D]. 江发昌.浙江大学 2012
本文编号：3536747
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongyinglianguanli/3536747.html
