【摘 要】
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现如今,无线传感器网络在全世界得到越来越多的关注与研究,现已被广泛应用于军事国防、环境监测、工业制造、智能家居、智能交通、图形图像处理等多个研究领域。无线传感器网络还是一门多学科高度交叉、综合性很强的学科,几乎包含了计算机科学技术所涉及的各个研究领域,如传感技术、嵌入式计算机技术、无线通信技术、人工智能技术、分布式信息处理技术等,是在国际上被广泛关注的前沿研究领域,被认为是对21世纪产生巨大影响力
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现如今,无线传感器网络在全世界得到越来越多的关注与研究,现已被广泛应用于军事国防、环境监测、工业制造、智能家居、智能交通、图形图像处理等多个研究领域。无线传感器网络还是一门多学科高度交叉、综合性很强的学科,几乎包含了计算机科学技术所涉及的各个研究领域,如传感技术、嵌入式计算机技术、无线通信技术、人工智能技术、分布式信息处理技术等,是在国际上被广泛关注的前沿研究领域,被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。但是,无线传感器网络中节点的能量主要来源于节点中的电池,一旦电池中电量耗尽,节点将无法工作,甚至会影响整个网络的性能。因此,让传感器节点自主的捕获环境中的能量成了解决传统无线传感器网络能量困境的有效解决方法之一,而在传统的能量捕获方法如太阳能、风能、热能、生物能等,因其在传感器节点上实现起来难度较高,且难以稳定长期给传感器节点供能,从而射频能量捕获网络(RF-EHN)成了目前低功耗应用能量捕获的研究热点,无线携能通信网络(SWIPT)是RF-EHN中较为热门、前沿的研究方向之一。本文的主要工作和成果如下:1.针对目前无线网络中频谱资源越来越贫乏的现状,本文提出了一种无线携能通信网络最小化上下行链路传输时间策略。通过设计一种新兴的无线携能通信网络,在上下行链路的传输数据都满足一定的服务质量要求的约束下,最小化总的传输时间。通过建模求解我们发现,该问题是非凸的,且用户节点在上行链路中传输的时间难以显示的表达,通过暴力搜索复杂度较高。因此,我们提出了一种复杂度较低的黄金分割搜索算法,并对该方法进一步简化,缩小遍历范围,求出最小的时间和。最后,通过数值模拟验证了本方案的有效性。2.针对无线网络中源节点与目的节点的通信可能因为障碍物或距离等原因没有可以直接通信的链路而需要中继节点进行通信的问题时,本文提出了一种无线携能通信网络最大化总传输速率策略。通过设计两个阶段来解决该问题,第一阶段:源节点通过在不同的频谱上分配不同的功率发送携能信号给多个中继节点,中继节点对于接收到的携能信号通过功率分配将一部分信号转化为能量,一部分信号解码为信息;第二阶段:中继节点通过第一阶段捕获的能量将信息转发给目的节点。通过建立数学模型求解最优的功率分配因子,并通过拉格朗日乘数法求得源节点在每个频谱上分配的功率的表达式,最后通过注水算法求得最终分配的功率和最大化的总传输速率。最后,通过数值模拟验证的本文的有效性。本文研究的无线携能通信网络中的资源分配与优化,能够有效的提高网络中资源利用率,并最终通过相应的实验进行了验证。
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