無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動性輔助的能量補(bǔ)充機(jī)制研究.pdf

1、近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的能量補(bǔ)充技術(shù)在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界受到廣泛關(guān)注。根據(jù)能量來源的不同，現(xiàn)有的能量補(bǔ)充技術(shù)可大概分為兩類，一類利用外部環(huán)境的可再生能源，如傳統(tǒng)的太陽能、風(fēng)能等進(jìn)行能量補(bǔ)充，而另一類則是借助新興的無線能量傳輸技術(shù)，配合節(jié)點(diǎn)的移動性為傳感器補(bǔ)充能量。相對于傳統(tǒng)基于可再生能源的能量補(bǔ)充技術(shù)，基于無線能量傳輸與節(jié)點(diǎn)移動性的能量補(bǔ)充方式將更加靈活，可控性也更強(qiáng)，能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)提供更加穩(wěn)定的服務(wù)質(zhì)量。然而由于受到運(yùn)動速率和能量傳輸效率的

2、限制，為了提高能量補(bǔ)充的及時性，移動節(jié)點(diǎn)的能量補(bǔ)充方案，即它們?nèi)绾卧诰W(wǎng)絡(luò)中運(yùn)動、何時為哪個傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行能量補(bǔ)充、何時結(jié)束等等，對無線能量補(bǔ)充技術(shù)的研究與應(yīng)用是至關(guān)重要的。
　　由于無線傳感器間的路由與多跳傳輸對節(jié)點(diǎn)的能耗有著舉足輕重的影響，而節(jié)點(diǎn)能耗與能量補(bǔ)充方案的設(shè)計更是有著直接的聯(lián)系，因此本論文首先提出了一種基于六邊形網(wǎng)格的分簇路由算法(HexagonalClustering and Routing algorithm，HC

3、R)，在完成數(shù)據(jù)路由，降低人部分節(jié)點(diǎn)能耗的同時，使得網(wǎng)絡(luò)中的能耗狀況能夠有規(guī)律地分布，以便能量補(bǔ)充方案高效執(zhí)行。然后結(jié)合HCR算法中能耗分布的特點(diǎn)，論文提出了一種基于HCR算法的移動輔助能量補(bǔ)充機(jī)制(HCR based Mobile Energy Replenishment Scheme，HMERS)，它能夠有效降低傳感器節(jié)點(diǎn)剩余能量的衰減速率、提高能量補(bǔ)充的及時性、延長網(wǎng)絡(luò)生命期。論文的主要工作，體現(xiàn)在以下幾個方面:
　　以利用

4、移動轆助的能量補(bǔ)充場景為基礎(chǔ)，提出基于六邊形網(wǎng)格的分簇路由算法:該算法通過使用六邊形網(wǎng)格將網(wǎng)絡(luò)劃分成簇，一方面可將簇頭間的傳輸距離控制在一定合理范圍內(nèi)，減少節(jié)點(diǎn)間用于無線通信的能耗，另一方面簇頭也能較均勻地分布在網(wǎng)絡(luò)中，避免簇頭過于集中。另外，HCR算法的簇間路由使得數(shù)據(jù)流匯聚到少部分易于訪問的節(jié)點(diǎn)上，以便移動節(jié)點(diǎn)能夠及時地為之服務(wù)。然后從理論上定量分析了網(wǎng)絡(luò)的流量特點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)的平均能耗并結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，最后從網(wǎng)絡(luò)能耗、網(wǎng)絡(luò)

5、生存節(jié)點(diǎn)數(shù)等方面評價了HCR算法的表現(xiàn)，為能量補(bǔ)充方案的設(shè)計打下基礎(chǔ)。
　　針對現(xiàn)有工作的不足，提出基于HCR算法的移動輔助能量補(bǔ)充機(jī)制:利用HCR算法中節(jié)點(diǎn)間流量與能耗分布的特點(diǎn)，簡化了移動路徑的計算，合理地規(guī)劃各簇能量補(bǔ)充的時間，在減低機(jī)制計算復(fù)雜度，提高實(shí)用性的同時，有效地針對網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載較重的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行能量補(bǔ)充，從而有效保護(hù)能耗較高的節(jié)點(diǎn)，延長網(wǎng)絡(luò)生命期。然后本論文也在理論上定量分析了在不同移動節(jié)點(diǎn)數(shù)下移動路徑的平均長度