基于能量收集技术的无线传感网能量传输优化设计

发布时间：2017-04-01 07:18

  本文关键词：基于能量收集技术的无线传感网能量传输优化设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,无线传感网技术在给人们带来便利的同时,提供了很多商机。因此,无线传感网技术受到了各界的密切关注。然而,无线传感网中存在一个巨大的挑战——能量问题。无线传感网的很多应用场景往往需要传感设备有很长的寿命,然而现有的传感设备往往用电池供电,其能量有限,不能维持很长的工作时间。能量收集技术可以让设备从周围的环境中获取能量,转化为电能供自己使用,从而使得设备有无限的能量和很长的寿命。能量收集系统主要有三种工作模式:“收集-使用”模式、“收集-存储-使用”模式和“收集-使用-存储”模式。本文分析了能量收集系统的设计要素和限制条件,比较了三种工作模式的特性。针对“收集-存储-使用”模式,本文深入分析了其工作特性,找到了最优功率分配方案。能量收集技术的能量源可以有很多种不同的形式。无线能量传输技术就是一种将电磁能量作为能量源,并通过无线传输信道传输给设备的能量收集技术。在传统的基站架构下,无线能量传输效率很低,并不实用。本文利用大规模分布式天线阵列技术,提出了一种新的无线能量传输架构。通过对比,可以发现,这种新的架构在传能的效率上会比使用传统架构有很大提高。此外,本文在新的架构上使用了天线选择技术、波束成形技术和功率控制技术,使得系统传能效率进一步提升。本文还就新的架构以及使用各种技术情况下的数据传输性能和传统架构的数据传输性能进行了对比。本文给出了一个能量收集技术在无线传感网络中的实际应用。本文将无线能量传输技术应用于点对点通信系统,提出了一种新的系统架构。本文分析了新系统在“收集-使用”模式和“收集-存储-使用”模式情况下的系统吞吐量情况,找到了最优功率分配方案,使得系统吞吐量达到最大。
【关键词】：能量收集技术 无线能量传输 大规模分布式天线阵列 无线传感网 功率分配 点对点通信
【学位授予单位】：南京邮电大学
【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
• Abstract5-8
• 专用术语注释表8-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10
• 1.3 论文研究内容10-11
• 1.4 论文组织结构11-13
• 第二章 无线传感网技术分析13-28
• 2.1 无线传感网技术13
• 2.2 低速率无线通信技术13-14
• 2.3 无线传感网的基本构成14-17
• 2.3.1 网络拓扑14-15
• 2.3.2 路由协议15-16
• 2.3.3 数据整合机制16-17
• 2.4 无线传感网的架构17-22
• 2.4.1 分层架构17-20
• 2.4.2 簇型架构20-22
• 2.5 无线传感网的应用22-24
• 2.5.1 静态路由协议的无线传感网络应用22-24
• 2.5.2 动态路由协议的无线传感网络应用24
• 2.6 无线传感网络中的节能方案24-27
• 2.6.1 网络拓扑结构节能24-25
• 2.6.2 通信协议节能25-26
• 2.6.3 路由算法节能26-27
• 2.7 本章小结27-28
• 第三章 无线传感网中的能量收集技术仿真与分析28-57
• 3.1 能量收集技术概述28-29
• 3.2 能量收集技术在无线传感网络中的应用29-33
• 3.2.1 能量收集技术与电池方案比较29
• 3.2.2 一般能量源的能量收集系统29-33
• 3.3 基于能量收集技术的无线传感节点的设计33-35
• 3.4 基于能量收集的无线传感节点的能量源35-36
• 3.5 基于能量平衡的能量收集无线传感节点设计36-45
• 3.5.1 能量中立条件37-38
• 3.5.2 系统模型和设计分析38-40
• 3.5.3 能量分配原则40-45
• 3.6 能量收集系统工作模式45-56
• 3.6.1“收集-存储-使用”模式情况下的功率分配45-54
• 3.6.2“收集-使用”模式和“收集-存储-使用”模式性能比较54-56
• 3.7 本章小结56-57
• 第四章 分布式天线阵列架构下的传感网能量传输优化设计57-78
• 4.1 无线能量传输技术背景57-59
• 4.1.1 无线能量传输的研究与意义57
• 4.1.2 无线能量传输技术的发展57-58
• 4.1.3 无线能量传输技术分类58-59
• 4.2 大规模分布式天线阵列架构背景59-60
• 4.3 大规模分布式天线阵列架构简介60-63
• 4.4 大规模分布式天线阵列架构优势及研究点63-65
• 4.4.1 大规模分布式天线阵列架构的优势63-64
• 4.4.2 大规模分布式天线阵列架构研究点64-65
• 4.5 大规模分布式天线架构下传能系统的设计65-76
• 4.5.1 无线能量传输和无线信号传输系统架构65-68
• 4.5.2 无线能量传输性能68-70
• 4.5.3 天线选择方案70-73
• 4.5.4 远程天线单元功率控制方案73-74
• 4.5.5 能量传输波束成形技术74-75
• 4.5.6 各种方案下的无线信息传输性能比较75-76
• 4.6 本章小结76-78
• 第五章 采用能量收集技术的点对点通信系统优化设计78-89
• 5.1 系统架构和系统模型78-81
• 5.2“收集-使用”模式下的最佳功率分配81-84
• 5.3“收集-存储-使用”模式下的最佳功率分配84-86
• 5.4 系统性能86-88
• 5.5 本章小结88-89
• 第六章 总结与展望89-91
• 6.1 文章工作总结89-90
• 6.2 未来工作展望90-91
• 参考文献91-94
• 附录1 程序清单94-95
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利95-96
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目96-97
• 致谢97

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本文编号：280232