WPCN中有向无线充电器部署策略研究

发布时间：2020-09-01 13:36

　　近年来,随着无线能量传输技术的发展,WPCN(Wireless Powered Communication Network,无线供电通信网络)已经成为国内外的研究热点。传统的无线传感器网络是由电池等固定能量来源供给,网络生存时间受限,使得无线传感网络的寿命大大缩短,严重影响了该网络的性能。而且在许多实际应用中,例如野外山地、荒岛、原始森林、火山口、战场、有毒环境和动物体内等,更换电池往往操作不便、代价巨大甚至不可行。而无线电力传输技术可以将能量以无线的方式从充电器输送到传感器,这便解决了无线网络寿命短的问题。WPCN中最关键的设备是无线充电设备或无线充电器,即Charger。而关于Charger的一个关键问题是其部署问题,即:如何确定充电器的数量并部署其具体位置、发送范围和角度,使得网络的整体充电效用最大化。针对以上问题,目前已经有许多学者对无线充电器的部署问题进行了大量的研究。而本文研究的内容是针对有向的无线充电器的部署,该充电器带有固定的充电角度和充电范围,提出了一种新的充电器部署贪婪(Charger Deployment Greedy)算法。本文的主要工作如下:(1)设计无线充电器的充电模型与充电效用函数。本课题采用经典的Friis传输方程对节点接收到的能量进行建模。(2)设计无线充电器的覆盖方法,利用区域离散化(距离离散化、角度离散化)的方法,根据Friis传输方程计算出每个节点接收到的能量,并设置约束要求:每个节点接收到能量可以使自己维持正常运转。(3)在满足上述要求后,利用覆盖支配集(Dominating Coverage Set)的提取方法,部署节点的最终位置和方向。支配覆盖集确定了无线充电器的位置和方向,这时采用贪心算法、遗传算法等来寻找支配覆盖集,从而得到充电器的部署结果。最后通过仿真,从多个角度分析,新设计出的CDG算法性能比之前随机位置随机方向(random position and random orientation,RPRO)的算法高了230%。
【学位单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM724;TP212.9;TN929.5
【部分图文】：

通信网络

图 1-2 无线供电通信网络[8]Figure 1-2 Wireless power communication network供电通信网络尽管有充电距离、节点电能转换效率和是随着科技的发展，将会有更多的人投入其中。目前到了智能电网[9]、军事安全[10]和智能交通[11]等领域信网络主要由无线充电器与可充电的传感节点组成置，一般是带有发射天线与发射电路，并配有特地定的电力供应系统，把能量用电磁波的形式传输给传充电传感节点通常被设计为 RFID 标签的形式，除了能外，它还具有用于电磁波到电能转换的能量接收装来完成能量储备。仔细观察传感器节点通常由以下块：该模块由整流电路/倍压器芯片和稳压芯片以及用于处理来自无线模块的能量流，并且能量流经多为 DC 电压以供使用。模块：该模块由天线和阻抗匹配网络组成。收发器天

模型图,充电器,模型,充电功率

是充电器和其中一个传感器节点构成的向量，是充电器朝向的单位矢量，如图4-1 所示[31]，图 4-1 有向充电模型Figure 4-1 Directed charging model而判断传感器节点是否位于有向充电器的充电范围内，可用如下函数判断：J( ) = { ‖ ‖ ￡§ ≥ ‖ ‖ ￡§ （4-1）当J( ) = 时，充电器的充电功率为

总效用,充电器,数目,效用

WPCN 中有向无线充电器部署策略研究CDG 的充电总效用是 RPRO 的 2 倍，性能提高了约 100% 8-16 时，CDG 算法的充电总效用高于 RPRO 约为 0.05。当部署的充电器个数为 20 个时，整体的充电效用约为 1电器的个数，充电效用也不会再增加。由于该算法是在传下，进行部署充电器的，所以每次仿真仿真结果都有所不DG 算法的整体的充电效用比 RPRO 的充电效用要高，而的增加，两种算法的充电总体效用是增加的。

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