可充电传感网中基于最大充电效益的移动数据收集方法

发布时间：2020-07-25 20:55

【摘要】：获取高质量的有效数据是无线传感器网络最主要的功能之一,然而能量问题却成为限制它进一步发展的严重阻碍。在传统静态传感网中,能量高效策略常被用来减少节点的能耗,但是却无法消除因能耗不均造成的“能量空洞”;移动Sink的引入在一定程度上缓解了上述问题,却依然避免不了网络生命的消亡。近年来,无线充电技术的快速发展和应用为实现无线传感器网络的持久运行带来了新的机遇。通常,我们将采用无线充电技术方案的传感器网络称之为“无线可充电传感器网络”。当前,诸多文献对无线可充电传感器网络中的能量获取方式、充电调度方案以及无线充电下的移动数据收集方法展开深入研究,但是仍存在一些不足,比如没有充分考虑数据收集延时要求,忽略无线充电小车(WCV)的移动能耗与有限的电池容量、缺少对移动数据收集器(MDC)和无线充电小车协同工作的规划等。为减少数据收集延迟以及延长网络生命周期,本文提出一种基于最大充电效益的高效数据收集方法(DCMRB)。根据节点通信覆盖模型,计算出了移动数据收集器所需停留的虚拟遍历点(VTP)的数量与位置;并在数据收集延迟和节点缓存的约束下,确定网络所需最少数量的MDC,基于此,利用虚拟扫描线(VSL)技术,将网络划分为若干区域;随后,在各区域均部署一辆移动数据收集小车和一辆无线充电小车,进行分布式数据收集及能量补充;同时,为确保数据的完整性和节点被充电的公平性,进一步提出了一种MDC速度调整策略及自适应充电请求阈值计算方法,并在同时考虑WCV有限电池容量及行驶能耗的前提下,构建了一种基于最大效益的自适应充电机制,保证了节点充电的及时性。仿真实验表明,同ESAOC、GMS-MRB、FCFS等典型的无线传感网充电调度算法相比,DCMRB不仅具有更高的数据收集效率,在提高节点存活率、延长网络生命周期等方面同样也存在优势。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【图文】：

无线传感器网络,可充电

图 1.1 无线传感器网络的构成2）新兴无线可充电传感器网络概述无线充电技术的发展，为彻底解决无线传感网中节点能量问题提供了可能。各类研究将采用无线充电技术方案的传感网络称之为“无线可充电传感器网络”(Wirchargeable Sensor Networks, WRSNs)。毫无疑问，可充电传感器节点是保证网络接收能础，其内部结构如图 1.2 所示。传感器模块、处理器模块、无线通信模块以及电源模块组成了可充电节点。传感器模块主要用来感知外部环境数据，比如温度、湿度以及结等，并把收集到的信息传送给处理器模块；处理器模块包括存储器和处理器，主要将传模块收集的数据进行加工处理，然后存放在存储器中；无线通信模块能够实现节点间自，并传送包括电池电量信息、传感数据、节点地址等在内的信息，此外，还接收来自其他节点的数据。同一般传感器节点不同的是，可充电节点的电池采用可充电的锂电池电源模块中，能量接收单元是由线圈和电容组成的谐振体，在接收电磁波能量后能够交流电能信号，在经过整流、滤波、稳压单元的处理后把交流电能信号整流成直流

可充电,节点结构,传感器

图 1.2 可充电传感器节点结构SNs 是在无线传感网的基础上发展起来的，几乎继承了无线传感网的所有优点，可大规模部署、体积小、成本低、可扩展、应用广等。另外，WRSNs 也有以下的特点，）节省成本、减少环境污染传感网中节点通常使用一次性电池进行供电，一旦电池能量耗尽，不仅仅意味网络服务受到影响，人工更新电池或者重新部署节点更是一个工作量极大的任测区域大、节点个数多、具有持久稳定要求的网络更是如此。WRSNs 允许节点量，有效避免了因节点能量耗尽造成的网络失效，同时也节约大量的人力物力再者，一次性电池用完后如果随意丢弃或者处理不当，很容易污染环境，故而 W环境而言，也具有非常明显的作用。）保证长期续航SNs 有这样一个突出的特点，即如果外界能够给予可充电电池持续不断地供电，

网络结构图,移动数据,三层架构

电大学专业学位硕士研究生学位论文第一章绪k 的数据收集方式。也就是说，不同于以往静态网络中节点将收集的数据通过无线传接或者间接地发送给基站，在移动 Sink 的网络里，具备这样一种特殊的节点，一方安装在移动设备上，比如小车或者机器人等进行移动，另一方面，它还具备较强的信和处理功能。即，当此类节点移动到特定传感器节点的通信范围内时，可以接收的数据，并将这些数据存储起来，在规定的延迟时间内将收集的数据送达基站并且。我们成此类特殊的节点为“移动 Sink”。毫无疑问，通过在网络中部署一个或多ink，分担节点的路由任务，可以极大地避免节点负载不均、能量空洞的情况，从而生存时间。一般来讲，基于移动数据收集的网络可以分为三层结构：部署在网络中节点层、移动 Sink 层以及基站层，其网络结构图如下所示。本文为方便表述，将移称为“移动数据收集器”(Mobile Data Collectors, MDCs)。

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