基于剩余能量阈值的多汇聚节点WSN移动充电策略研究

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无线传感网络(WirelessSensorNetworks,WSN)是能量受限的网络。在多汇聚节点无线传感网络中,汇聚节点通信转发任务繁重,且需要长时间持续工作,节点电池容量有限且无法更换,因此能量瓶颈问题更加严峻。如果部分汇聚节点因能量耗尽而失效,多汇聚结构的优越性就会降低,网络寿命也会受到影响。
  目前,对WSN能量管理问题的研究主要有节约能耗法和环境能量采集法,但是两者都存在一些弊端,不能从根源上解决能量受限问题。近年来,无线能量传输技术取得重大进展,因此可借助于可移动无线充电设备(MobileWirelessCharger,MWC),采用移动充电的方法为多汇聚节点WSN进行持续能量补给。现有的移动充电策略可以较为有效地解决节点能量受限问题,但仍存在一些不足,比如:充电过程代价过高、节点等待时延过长、需要多台MWC协同工作等。可见,关于移动充电策略的研究还需进一步优化完善。
  针对这种情况,为了更加高效、切实地解决多汇聚节点WSN的能量受限问题,保持多汇聚结构的优越性,我们提出一种基于节点剩余能量阈值(ResidualEnergyThreshold,RET)的移动充电策略:首先在网络基站中布置一台MWC,然后设定一个统一的充电触发阈值(ChargingTriggerThreshold),设为TT,和两个待充电范围阈值(即上限TH和下限TL),同时设定节点正常工作所需最低能量阈值Tmin,当基站检测到网络中某个汇聚节点的剩余能量阈值等于或很接近TT时,此时充电条件触发,基站便将剩余能量阈值处于TH和TL之间的汇聚节点选择为待充电目标节点,并根据地理位置进行编号,同时采用改进的遗传算法对MWC进行充电代价多目标路径规划,待充电完成后,MWC回到基站进行能量补充,等待下一次充电。在设计改进遗传算法时,我们加入了最低时变能量约束条件,即保证在充电过程中,任何待充电节点的剩余能量阈值均不低于Tmin,使网络能够持续稳定工作,同时最小化充电代价。最后通过实验仿真分析,验证了本文所提出的移动充电策略的可行性和优越性。
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