异构供电无线传感器网络的能量管理和跨层优化

发布时间：2017-03-29 14:06

  本文关键词：异构供电无线传感器网络的能量管理和跨层优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：可再生能源的开发和利用,是解决无线传感器网络能量限制的一种有效途径。但是,由于可再生能源的不稳定性,无法保证网络的持久工作。为此,本文提出了一种可再生能源、电网和无线能量传输联合供电的异构供电模式。本文在深入分析了目前国内外的研究现状和实际应用的基础上,设计了一系列针对异构供电模式的能量管理和跨层优化问题,开展了如下研究：(1)提出一种新的系统模型,考虑了传感、传输和接收的多种能源消耗,电网、可再生能源和混合能源的异构能源供应,以及电价、信道和能源采集的多维随机性,构造了一个基于队列稳定和链路容量共同约束的离散随机跨层优化问题。利用李雅普诺夫加罚漂移优化方法和块坐标下降法获得了瞬时全分布、低复杂度的跨层算法,实现了时间平均队列积压与时间平均速率效用最大化、电力成本最小化的目标函数之间的权衡。仿真结果验证了算法性能,表明了在可再生能源稀缺的情况下异构供电模式能够显著改善网络性能。(2)针对多跳、多播、信息源相关的异构供电无线多媒体传感器网络,提出了一种联合分布式信源编码和网络编码的能量管理和跨层优化模型。采用分布式失真信源编码技术去除数据间的相关性,减少数据的传输量和能源消耗。利用网络编码,增加多播传输吞吐量、降低能耗。基于李雅普诺夫加罚漂移优化方法、对偶算法和块坐标下降法,本文设计了一种完全分布式算法,实现了时间平均队列积压与时间平均可重建失真效用最大化、电力成本最小化的目标函数之间的权衡,并以仿真验证了算法性能。(3)针对可再生能源和无线能量传输共存的异构供电模式,分别为单播／多播多跳无线传感器网络构建了两个速率效用最大化的问题模型。基于无线能量传输技术,每个节点不仅可以接收从其它节点传输来的能量,还可以通过其出链路向网络中的其他节点传输能量。因此,所提的速率效用最大化问题需要实现信息流和能量流的联合优化。此外,数据压缩能耗模型由简单的线性模型扩展到了非线性模型,增加了问题的复杂度。仿真实验表明,通过无线能量传输技术和网络编码技术可以提高网络性能。
【关键词】：无线传感器网络 异构供电 分布式信源编码 网络编码 无线能量传输 李雅普诺夫加罚漂移 对偶算法 块坐标下降法
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 论文的研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.3 本文的主要工作和创新点14-15
• 1.4 本文内容安排15-16
• 第二章 异构供电无线传感器网络中面向速率效用的跨层优化16-36
• 2.1 网络模型16-21
• 2.1.1 源速率和效用模型17
• 2.1.2 链路容量模型17-18
• 2.1.3 能量队列模型18-19
• 2.1.4 数据队列模型19-20
• 2.1.5 优化问题模型20-21
• 2.2 能量管理和跨层设计：EASYO21-26
• 2.2.1 李雅普诺夫优化21-22
• 2.2.2 算法EASYO框架22-23
• 2.2.3 算法EASYO的组件23-25
• 2.2.4 功率分配问题的分布式执行25-26
• 2.3 性能分析26-30
• 2.4 仿真实验30-35
• 2.4.1 仿真参数设置31-32
• 2.4.2 仿真结果32-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 异构供电多媒体无线传感器网络中联合分布式信源编码和网络编码的动态优化36-57
• 3.1 网络模型36-42
• 3.1.1 网络编码模型37
• 3.1.2 分布式信源编码模型37-38
• 3.1.3 链路容量和随机接入模型38-39
• 3.1.4 能量队列模型39-41
• 3.1.5 数据队列模型41-42
• 3.1.6 优化问题模型42
• 3.2 能量管理和跨层设计42-51
• 3.2.1 李雅普诺夫优化43-46
• 3.2.2 算法框架46
• 3.2.3 对偶分解46-51
• 3.3 性能分析51-53
• 3.4 仿真实验53-56
• 3.4.1 仿真参数设置54
• 3.4.2 仿真结果54-56
• 3.5 本章小结56-57
• 第四章 多跳无线传感器网络中信息流和能量流的联合优化57-65
• 4.1 单播系统模型57-63
• 4.1.1 源速率和效用模型57
• 4.1.2 链路调度模型57-58
• 4.1.3 信息流守恒模型58-59
• 4.1.4 无线能量传输模型59
• 4.1.5 能量守恒模型59-60
• 4.1.6 优化问题模型60
• 4.1.7 仿真实验60-63
• 4.2 多播系统模型63-64
• 4.2.1 优化问题模型63
• 4.2.2 仿真实验63-64
• 4.3 本章小结64-65
• 第五章 总结和展望65-67
• 5.1 工作总结65-66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-73
• 攻读学位期间的研究成果73

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 夏俐,陈曦,赵千川,江永亨,管晓宏;无线传感器网络及应用简介[J];自动化博览;2004年01期

2 孙雨耕,张静,孙永进,房朝晖;无线自组传感器网络[J];传感技术学报;2004年02期

3 夏俐;陈曦;赵千川;江永亨;管晓宏;;无线传感器网络及应用简介[J];自动化博览;2005年S2期

4 庄庆德;传感器网络的研究现状[J];国外电子测量技术;2005年04期

5 谢洁锐;胡月明;刘才兴;刘兰;;大田监测中无线传感器网络的部署[J];现代计算机;2006年03期

6 李小遐;刘瑞霞;;一种无线传感器网络的设计[J];自动化技术与应用;2006年04期

7 吴春婧;郑明春;秦继林;;无线传感器网络协议研究[J];计算机技术与发展;2006年08期

8 徐勇军;杨宇;;无线传感器网络的发展[J];电子产品世界;2006年19期

9 ;坚固的无线传感器网络适合苛刻的工业环境[J];电子设计技术;2006年09期

10 马华东;陶丹;;多媒体传感器网络及其研究进展[J];软件学报;2006年09期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 彭政;魏巍;罗相根;罗永健;;无线传感器网络中传感器数量的选择方法[A];第十九届测控、计量、仪器仪表学术年会(MCMI'2009)论文集[C];2009年

2 程时端;;传感器网络[A];中国通信学会信息通信网络技术委员会2004年年会论文集[C];2004年

3 杨曼;;无线传感器网络对抗[A];四川省电子学会情报专业委员会学术交流会论文集[C];2006年

4 阚凤龙;徐自文;陈楠;左传文;;无线传感器网络的应用及其发展研究[A];第九届沈阳科学学术年会论文集（信息科学与工程技术分册）[C];2012年

5 贾杰;赵林亮;常桂然;;面向异构传感器网络的高能效覆盖控制[A];中国通信学会第六届学术年会论文集（下）[C];2009年

6 冯健昭;肖德琴;肖克辉;李就好;;基于谓词的水质传感器网络采样整合优化算法[A];纪念中国农业工程学会成立30周年暨中国农业工程学会2009年学术年会（CSAE 2009）论文集[C];2009年

7 唐云龙;;无线传感器网络系统实验分析[A];工程设计与计算机技术：第十五届全国工程设计计算机应用学术会议论文集[C];2010年

8 杜景林;陈力军;谢立;;无线传感器网络与互联网集成体系结构[A];2008年全国开放式分布与并行计算机学术会议论文集(下册)[C];2008年

9 李新;田斌;辛阳;陈林顺;;传感器网络中基于音频的异常事件检测方法[A];中国电子学会第十七届信息论学术年会论文集[C];2010年

10 刘昊;;面向电子智能服装的人体无线传感器网络构建[A];“力恒杯”第11届功能性纺织品、纳米技术应用及低碳纺织研讨会论文集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 罗清岳;让无线传感器网络走入生活[N];电子资讯时报;2007年

2 ;多媒体传感器网络[N];中国计算机报;2006年

3 美国专利律师 谭文晔　薛之扬;无线传感器网络技术专利分析[N];科技日报;2010年

4 本报记者 赵建国;无线传感器网络改变未来世界[N];中国知识产权报;2011年

5 樊哲高;我国传感器网络标准工作取得新进展[N];中国电子报;2012年

6 本报记者 王博;传感器网络标准取得新进展[N];计算机世界;2012年

7 温雅路;利用无线传感器网络提高地质灾害监测能力[N];人民邮电;2008年

8 林宗辉;ZigBee无线传感器网络解决方案[N];电子资讯时报;2007年

9 赛迪顾问信息产业研究中心高级咨询师 王坤;国内外物联网技术研究进展[N];通信产业报;2009年

10 本报记者 张彤;物物之连[N];网络世界;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 马瑞;基于小生境粒子群算法的机舱WSN目标覆盖研究[D];大连海事大学;2014年

2 李洪峻;面向入侵目标追捕的多回路无线网络控制系统设计与相关技术研究[D];国防科学技术大学;2013年

3 张德敬;基于虚拟坐标的无线传感器网络路由协议研究[D];山东大学;2015年

4 杨显辉;森林资源数据获取的移动Sink无线传感器网络可靠性研究[D];东北林业大学;2015年

5 毕冉;基于无线传感器网络的事件监测算法研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 石熙;数字水印技术在无线传感器网络安全中的应用研究[D];重庆大学;2015年

7 徐力杰;低占空比传感器网络的数据传输调度问题研究[D];南京大学;2014年

8 欧阳键;面向无线传感器网络的协作传输技术研究[D];南京航空航天大学;2014年

9 冯森;面向智能配用电的无线传感器网络路由优化协议研究[D];华北电力大学;2015年

10 徐毅;无线传感器网络低能耗路由协议研究[D];山东大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 胥常杰;传感器网络设计的数学模型及其应用[D];青岛大学;2010年

2 黄铮;无线传感器网络连通与覆盖的研究[D];武汉理工大学;2006年

3 马艳丽;基于无线传感器网络的瓦斯监测系统的定位技术的研究[D];燕山大学;2015年

4 吴旭东;基于ZigBee无线传感器网络的电表监控系统的设计实现[D];西南交通大学;2015年

5 刘其永;无线传感器网络节点间通信的信道均衡研究[D];海南大学;2015年

6 王慧彬;无线传感器网络拓扑优化以及容错控制算法研究[D];燕山大学;2015年

7 王龙;无线传感器网络覆盖空洞检测算法研究[D];燕山大学;2015年

8 刘晨;基于粒子群优化的无线传感器网络定位算法研究[D];昆明理工大学;2015年

9 侯文蕾;无线传感器移动节点在WSN中的定位研究[D];昆明理工大学;2015年

10 孙超;能量优化的无线传感器网络分布式滤波与融合[D];昆明理工大学;2015年

  本文关键词：异构供电无线传感器网络的能量管理和跨层优化，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：274636