【摘 要】
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长久以来,无线传感网一直遭受能量瓶颈问题的制约,而无线充电技术为该问题提供了新的解决思路,无线充电传感器网络（Wireless Rechargeable Sensor Networks,简称WRSNs）应运而生。在WRSNs中,充电调度算法的性能显著影响着WRSNs的能量补给效率以及网络生存时间,是维持WRSNs长久运转的关键因素。本文以WRSNs的充电调度问题作为主要研究对象,从以下三方面展开深
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长久以来,无线传感网一直遭受能量瓶颈问题的制约,而无线充电技术为该问题提供了新的解决思路,无线充电传感器网络（Wireless Rechargeable Sensor Networks,简称WRSNs）应运而生。在WRSNs中,充电调度算法的性能显著影响着WRSNs的能量补给效率以及网络生存时间,是维持WRSNs长久运转的关键因素。本文以WRSNs的充电调度问题作为主要研究对象,从以下三方面展开深入研究:（1）在单移动电源充电调度场景中提出了一个定制充电方式的PartialCharge充电调度算法。PartialCharge算法首先选出能够保证网络监控点覆盖的核心节点集合并优先为核心节点提供完全充电服务。当任务队列不可调度时,PartialCharge算法为部分非核心节点提供部分充电服务,并移除开销过大的非核心节点,实现保证网络节点死亡时间最小的优化目标。仿真结果表明,PartialCharge算法的充电吞吐量、等待队列长度、平均响应时间、节点存活率等性能指标相比于现有的经典调度算法有了性能提升。（2）在多移动电源协同充电的场景中提出了一个将降低充电任务冗余度和优化移动电源充电调度相结合的延长网络生存时间的综合方案。该方案包含了K-覆盖冗余节点休眠调度算法（K-covering Redundant Node Dormant Scheduling Algorithm,简称 KRND算法）以及基于能量、距离因子的多WCV协同充电调度算法（Multi Charging WCV Distance&Energy Oriented Scheduling Algorithm,简称 MCDE 算法）。KRND 算法通过研究节点感知边界的覆盖情况能够高效地检测出冗余节点,并通过合理的休眠调度有效降低网络充电任务冗余度;MCDE算法则定义了节点和移动电源之间的充电协作协议,该协议可以有效避免各移动电源出现恶性竞争的情况,减少了能量浪费。理论分析及仿真结果表明,在大规模的无线传感器网络中,该方案在节能和充电效率两方面都比传统方法有了性能提升。（3）在多移动电源协同充电的场景中提出了一种基于区域划分的多移动电源协同充电调度方案。该方案首先提出了一种兼顾节点差异性和分区负载均衡性的分区算法（Multi-WCV Region Partition Charging Scheduling Algorithm,简称 MPSA 算法）。MPSA算法不仅降低了各分区内移动电源的充电调度复杂度,还为提高核心节点的能量保障水平提供了便利条件;该方案还设计了分区内部低开销充电调度算法（Low Cost Charging Scheduling Algorithm within Each Partition,简称 LCP 算法）。LCP 算法以降低移动电源的移动开销作为首要目标,采用二分查找的方式在当前调度路径中为充电任务寻找最优插入位置,进而提升各分区内移动电源的能量利用效率。理论分析及仿真表明,相比于传统方法MPSA算法能够有效地降低网络因节点失效而产生的网络损失;LCP算法能够有效地提升移动电源的充电效率,减少节点失效数目。
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