可充电物联网能量调度研究
发布时间：2021-11-18 03:45
物联网作为下一代信息科技的重要组成部分,已进入“跨界融合、集成创新和规模化发展”的关键阶段。而物联网节点的能量供给问题始终是制约其进一步发挥潜力、拓展应用场景的障碍。集成了无线充电、能量管理、数据感知、网络通信和分布式计算等功能的可充电物联网成为解决该问题的可靠方案,多元的能量来源和高效的能量管理使物联网在智慧医疗、智能家居、智能仓储、智慧交通等领域有着广阔的应用前景,受到了学术界和工业界的高度重视。可充电物联网利用多种无线能量收集技术从环境中获取能量,从而摆脱电池供电对于网络寿命、部署成本的约束,并通过能量管理技术实现有限能量的高效利用。设计高效的能量优化调度算法,实现对能量的高效补充和使用,对于提升可充电物联网网络性能具有重要意义,这一研究方向也因此受到了国内外学者的广泛关注。然而,如何提供稳定的无线能量,如何保证超低功耗条件下的数据收集效率,如何实现充放电过程的解耦等难点仍亟待解决。本文以可充电物联网中能量调度问题为主要研究内容,分别从网络部署、能量补充优化和能量使用优化三个维度,设计高效能量调度机制,从而提升不同应用场景下的网络整体效用。本文的主要工作和贡献总结如下:1.概述了...
【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】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２可充电传感器节点典型架构??
浙江大学博士学位论文?１绪论??（ａ）电磁感应?（ｂ）电磁共振?（ｃ）电磁辐射??图１－３典型无线充电技术??机、电动牙刷等电子设备的无线充电均基于该原理。无线充电联盟（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ?Ｐｏｗｅｒ??Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ，?ＷＰＣ）已经联合全球主要电子设备生产厂商建立了基于该技术的Ｑｉ标??准，包括诺基亚、三星、苹果、华为、索尼等均在参与该技术的开发与标准化。??２．电磁共振。电磁共振是正处于发展阶段的一种空间无线能量传输技术。该技术通过将??交流电流分别通过两个线圈，使他们产生相同频率的电磁场，并产生磁场共振，以达??到无线充电的目的。由麻省理工学院Ｓｏｌｊａｃｉｃ教授带领的研究团队首次利用该技术实??现了无线充电，成功点亮了两米外的一盏灯泡，并将该系统命名为ＷｉＴｎｃｉｔｙＰ＇电磁??共振的充电原理容易受到线圈尺寸和磁场串扰的影响，还有待进一步提升性能。??３．电磁辐射。电磁波是由交变的电磁场产生的，而电磁波的传播过程被称为电磁辐射。??电磁辐射通过能量收集天线接收空间中的电磁波，并将电磁波转换成间断的直流脉??冲，最后利用斩波电路将该脉冲转换成可被使用和存储的直流电压，从而实现能量收??集。由于电磁波的远距离和辐射式传播特性，该技术可实现更远距离和一对多的无线??充电。??上述三种无线充电原理，拥有各自不同的特性，适用于不同的应用场景，现总结如表１－??１所示。??１．２．２无线充电平台??目前比较成熟的无线可充电传感器网络系统硬件平台有Ｉｎｔｅｌ公司的Ｗ１ＳＰ平台、密西??根大学的ＵＭｉｃｈ?Ｍｏｏ平台以及Ｐｏｗｅｒｃａｓｔ公司的ＰＯＷＥＲＣＡＳＴ平台。??无线识别与传感平台?ＷＩＳＰ?（Ｗｉｒｅ
?二二二?＿?＿?二?■＝?—?Ｉ??可齐申物联网＾７＂?＇?｜??能Ｓ５充ｔｔ化１?共享单车无线充电能菩优化与系统实现??Ｉ?（第３早）??；?卩：一－：＾?二：二Ｉ??可充电物联网?４－：．——■－?、一ｒ?■．?—＿ｔ４—．：?？：?－Ｔ－．??能＊使用芘化Ｉ?节点工作模式调度的能量优化?基于电池寿命的电动公交优化调度??｜?（第４章）?（第５章）?Ｉ??二．一－—－Ｆ—－－－－＾－１－－－－－－１??ｉ??总结与展望??（第６章）??图１－４本文组织结构??２．第３章研究共享单车场景下的无线充电能量补充优化问题。共享单车作为物联网的??热门应用场景之一，成为了公共交通重要的组成部分。智能锁是使共享单车摆脱固定??站点约束，实现灵活停故的核心模块。如何为其提供稳定的能量补充，是提升用户体??验、降低系统运营成本的关键。本文引入射频无线充电技术，为共享单车智能锁提供??充电解决方案。本章首先设计了适配共享单车的无线能量收集节点，通过将节点部署??在车篮上以降低充电时的相互干扰，并减少空间占用。进一步，基于贪心机制设计了??能量源调度算法，通过优化调度能量源充电角度最小化车队充电时延，并结合动态规??划思想，将算法扩展到大规模应用场景。最后通过在商用共享单车系统上进行部署和??实验，以及基于实际参数大规模仿真，证明了该设计的有效性。??３．第４章研究可充电物联网中节点工作模式调度的能量优化问题。作为可充电物联网??的核心组件，由于制造成本的限制，现有商用可充电物联网节点普遍无法在充电的同??时进行工作。这一硬件设计局限为节点工作模式调度带来了新的挑战。本文注意到这??一问题，
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高效有向无线充电器的布置算法[J]. 戴海鹏,陈贵海,徐力杰,刘云淮,吴小兵,何田. 软件学报. 2015(07)
[2]浅谈物联网的技术特点及其广泛应用[J]. 刘陈,景兴红,董钢. 科学咨询（科技·管理）. 2011(09)
博士论文
[1]无线可充电传感器网络系统分析与优化[D]. 舒元超.浙江大学 2015
[2]可充电传感器网络能量优化研究[D]. 傅凌焜.浙江大学 2015
[3]能量受限的传感器调度问题研究[D]. 任祝.浙江大学 2013
[4]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
硕士论文
[1]低功耗物联网优化技术研究[D]. 顾铁钥.北京邮电大学 2019
[2]基于射频能量收集技术的移动充电与感知系统[D]. 陈硕.浙江大学 2018
[3]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：3502137
【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】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２可充电传感器节点典型架构??
浙江大学博士学位论文?１绪论??（ａ）电磁感应?（ｂ）电磁共振?（ｃ）电磁辐射??图１－３典型无线充电技术??机、电动牙刷等电子设备的无线充电均基于该原理。无线充电联盟（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ?Ｐｏｗｅｒ??Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ，?ＷＰＣ）已经联合全球主要电子设备生产厂商建立了基于该技术的Ｑｉ标??准，包括诺基亚、三星、苹果、华为、索尼等均在参与该技术的开发与标准化。??２．电磁共振。电磁共振是正处于发展阶段的一种空间无线能量传输技术。该技术通过将??交流电流分别通过两个线圈，使他们产生相同频率的电磁场，并产生磁场共振，以达??到无线充电的目的。由麻省理工学院Ｓｏｌｊａｃｉｃ教授带领的研究团队首次利用该技术实??现了无线充电，成功点亮了两米外的一盏灯泡，并将该系统命名为ＷｉＴｎｃｉｔｙＰ＇电磁??共振的充电原理容易受到线圈尺寸和磁场串扰的影响，还有待进一步提升性能。??３．电磁辐射。电磁波是由交变的电磁场产生的，而电磁波的传播过程被称为电磁辐射。??电磁辐射通过能量收集天线接收空间中的电磁波，并将电磁波转换成间断的直流脉??冲，最后利用斩波电路将该脉冲转换成可被使用和存储的直流电压，从而实现能量收??集。由于电磁波的远距离和辐射式传播特性，该技术可实现更远距离和一对多的无线??充电。??上述三种无线充电原理，拥有各自不同的特性，适用于不同的应用场景，现总结如表１－??１所示。??１．２．２无线充电平台??目前比较成熟的无线可充电传感器网络系统硬件平台有Ｉｎｔｅｌ公司的Ｗ１ＳＰ平台、密西??根大学的ＵＭｉｃｈ?Ｍｏｏ平台以及Ｐｏｗｅｒｃａｓｔ公司的ＰＯＷＥＲＣＡＳＴ平台。??无线识别与传感平台?ＷＩＳＰ?（Ｗｉｒｅ
?二二二?＿?＿?二?■＝?—?Ｉ??可齐申物联网＾７＂?＇?｜??能Ｓ５充ｔｔ化１?共享单车无线充电能菩优化与系统实现??Ｉ?（第３早）??；?卩：一－：＾?二：二Ｉ??可充电物联网?４－：．——■－?、一ｒ?■．?—＿ｔ４—．：?？：?－Ｔ－．??能＊使用芘化Ｉ?节点工作模式调度的能量优化?基于电池寿命的电动公交优化调度??｜?（第４章）?（第５章）?Ｉ??二．一－—－Ｆ—－－－－＾－１－－－－－－１??ｉ??总结与展望??（第６章）??图１－４本文组织结构??２．第３章研究共享单车场景下的无线充电能量补充优化问题。共享单车作为物联网的??热门应用场景之一，成为了公共交通重要的组成部分。智能锁是使共享单车摆脱固定??站点约束，实现灵活停故的核心模块。如何为其提供稳定的能量补充，是提升用户体??验、降低系统运营成本的关键。本文引入射频无线充电技术，为共享单车智能锁提供??充电解决方案。本章首先设计了适配共享单车的无线能量收集节点，通过将节点部署??在车篮上以降低充电时的相互干扰，并减少空间占用。进一步，基于贪心机制设计了??能量源调度算法，通过优化调度能量源充电角度最小化车队充电时延，并结合动态规??划思想，将算法扩展到大规模应用场景。最后通过在商用共享单车系统上进行部署和??实验，以及基于实际参数大规模仿真，证明了该设计的有效性。??３．第４章研究可充电物联网中节点工作模式调度的能量优化问题。作为可充电物联网??的核心组件，由于制造成本的限制，现有商用可充电物联网节点普遍无法在充电的同??时进行工作。这一硬件设计局限为节点工作模式调度带来了新的挑战。本文注意到这??一问题，
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高效有向无线充电器的布置算法[J]. 戴海鹏,陈贵海,徐力杰,刘云淮,吴小兵,何田. 软件学报. 2015(07)
[2]浅谈物联网的技术特点及其广泛应用[J]. 刘陈,景兴红,董钢. 科学咨询（科技·管理）. 2011(09)
博士论文
[1]无线可充电传感器网络系统分析与优化[D]. 舒元超.浙江大学 2015
[2]可充电传感器网络能量优化研究[D]. 傅凌焜.浙江大学 2015
[3]能量受限的传感器调度问题研究[D]. 任祝.浙江大学 2013
[4]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
硕士论文
[1]低功耗物联网优化技术研究[D]. 顾铁钥.北京邮电大学 2019
[2]基于射频能量收集技术的移动充电与感知系统[D]. 陈硕.浙江大学 2018
[3]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：3502137
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