能量收集无线传感器网络能量管理策略研究

发布时间：2017-07-02 15:09

  本文关键词：能量收集无线传感器网络能量管理策略研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感器网络经常被布置在沙漠、森林、大型桥梁等建筑场景完成监测任务。这些场景下难以对节点再充电或者更换电池,而能量又是制约无线传感器网络性能的重要因素,如果能充分利用这些场景下的自然能量,例如收集太阳能、风能或者振动能量作为传感器节点的能量补给,将大幅度延长节点和网络的寿命。随着自然能收集技术的发展,已经有将太阳能或者振动能量用于节点充电的设计,但是自然能具有很强的随机性,需要一种适应能量补给的策略让节点合理的调度任务和完成周期休眠。节点在网络中负责感知数据和转发数据,研究一种适应能量收集传感器网络的路由协议对于减少网络能耗和均衡网络负载至关重要。针对自然能量的时空随机性,研究一类以历史数据加权的自然能到达值预测方法,并在此基础上提出一种适应能量收集无线传感器网络的分簇路由算法PEHC。利用历史数据加权,在每轮簇头选择前预测本轮将要到达的自然能多少,能量预测值大且剩余能量多的节点成为簇头的概率更大。成簇阶段,非簇头节点选择通信代价最小的簇头加入,使得网络负载尽量均匀分布到每个节点。MATLAB仿真结果表明：算法能够感知节点的能量收集情况,使得网络负载分布更均衡,在能量补给不足时延缓节点失效时间,使得休眠节点的数量更少。为了进一步验证上述算法的性能,在物联网建筑结构健康监测项目研究背景下设计了太阳能收集传感器网络。太阳能节点硬件设计支持低功耗、能量收集和能量调度。软件方面,可配置的休眠采样机制提高了采集效率,基于预测的占空比优化设计提高了太阳能利用效率。以上工作为能量收集无线传感器网络的设计提供了实践性的思路。
【关键词】：能量收集 无线传感器网络 自然能预测 分簇路由 太阳能收集
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 研究背景及意义14-16
• 1.2 国内外研究现状16-18
• 1.3 本文的主要内容和结构18-19
• 第二章 能量收集无线传感器网络相关技术19-31
• 2.1 能量收集无线传感器网络概述19-22
• 2.1.1 能量收集无线传感器网络的特点19-21
• 2.1.2 能量收集无线传感器网络的应用21-22
• 2.2 自然能收集技术22-26
• 2.2.1 太阳能收集原理22-24
• 2.2.2 振动能收集原理24-25
• 2.2.3 风能收集原理25-26
• 2.2.4 热能收集原理26
• 2.3 EH-WSN节点设计26-30
• 2.3.1 需求分析27-28
• 2.3.2 电源设计28
• 2.3.3 低功耗设计28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 能量到达模型与自然能量预测方法研究31-39
• 3.1 能量到达模型31-34
• 3.1.1 太阳能量到达模型32-34
• 3.1.2 振动能量到达模型34
• 3.2 自然能预测理论34-37
• 3.3 本章小结37-39
• 第四章 能量收集无线传感器网络分簇路由算法研究39-50
• 4.1 问题描述39-40
• 4.2 簇头选择过程40-41
• 4.3 非簇头节点入簇过程41-43
• 4.4 算法验证43-49
• 4.4.1 仿真工具与仿真参数43-46
• 4.4.2 短期工作仿真结果与分析46
• 4.4.3 长期工作仿真结果与分析46-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第五章 建筑结构健康监测无线传感器网络设计与实践50-58
• 5.1 系统概述50-51
• 5.2 太阳能收集节点硬件设计51-54
• 5.2.1 供电设计51-53
• 5.2.2 节点功能设计53-54
• 5.3 可配置的数据采集策略54-55
• 5.4 基于预测的占空比调节机制55-57
• 5.5 本章小结57-58
• 第六章 总结与展望58-60
• 6.1 总结58
• 6.2 展望58-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况64-65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 李德孚;;我国中小型风力发电行业发展概况[J];农业工程技术(新能源产业);2014年06期

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本文编号：510393