【摘 要】
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近年来,随着无线能量传输技术的发展,WPCN(Wireless Powered Communication Network,无线供电通信网络)成为国内外的研究热点[1]。相对于传统能量受限的无线传感器网络而言,WPC
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近年来,随着无线能量传输技术的发展,WPCN(Wireless Powered Communication Network,无线供电通信网络)成为国内外的研究热点[1]。相对于传统能量受限的无线传感器网络而言,WPCN可以消除网络节点频繁充电或更换电池的需求,从而可以提供更高的网络吞吐量、更长的网络寿命以及更低的网络操作成本。然而,目前WPCN还存在着以下问题:(1)由于网络中能量传输(Wireless Engergy Transfer,WET)和信息传输(Wireless Information Transmission,WIT)均对距离信息敏感,因此会在不同位置的网络节点之间引起“双远近距离效应”和性能不公平现象,所以需要对充电设备的充电策略和移动线路进行设计;(2)WPCN中HAP(Hybrid Access Point,混合接入点)常在同一频段内以时分复用方式(Time Division Multiplexing,WMT)对网络节点设备(Wireless Device,WD)进行WET和WIT。如何安排WET和WIT时槽对WPCN性能有重要影响,因此需要对二者进行联合调度和统筹优化,以降低干扰并提高网络的吞吐量和利用效率。针对以上问题,目前已有学者在固定HAP情景下进行了大量研究。而本文则主要研究在HAP可以移动的情况下,如何克服网络性能不公平现象以及如何调度和优化WET和WIT以提高网络的吞吐率。本文的主要工作如下:(1)HAP可以根据各个网络节点的剩余能量状态,按照一定路线移动至各目标端依次对其充电。在此场景下,本文综合考虑各个网络节点的能量消耗率波动情况以及地理分布信息,提出了基于密度的嵌套TSP(Travelling Salesman Problem,旅行商问题)路径优化算法,给出了在满足各个节点能量约束条件下HAP移动的最优路径。经仿真验证,本文所提出的算法相对于现有的路径优化算法,其网络总充电延迟最少降低了约10%。(2)在HAP沿着优化移动路线进行能量传输的前提下,提出了一种新颖的基于固定时槽的免竞争集中式调度方法——FSCF方法(Fixed Slot based Competition Free),来优化HAP与各网络节点之间的WET和WIT。经仿真验证,FSCF方法相对于现有的分布式调度方法,其网络吞吐率最高能提升约20%。与固定式HAP相比,移动HAP能够根据网络节点的能量状态和传输数据需求来灵活操作,从而能更好地满足网络需要。文中设计优化的HAP移动路线,并对能量传输和信息传输进行联合优化,对WPCN网络性能的提升有着重要意义。
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