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可充电传感器网络的通信性能分析与优化
| 论文题名： | 可充电传感器网络的通信性能分析与优化 |
| 关键词： | 传感器网络;通信性能;无线可充电;结构监测;功率控制;桥梁监测 |
| 摘要： | 无线可充电传感器网络是无须电池供能的传感器网络，由于可以使用空间中捕获的无线能量而不需电池供电，无线可充电传感器网络广泛应用于各种无须人员长期维护的场景，例如道路和桥梁的结构监测等，具有广阔的应用前景。 在典型的无线可充电传感器网络中，节点通常部署在各类物体上感知和处理相关数据。与此同时，读取器部署区域安放于固定位置或者按照一定路线移动为节点通信并通过后向散射式通讯采集传感器节点信息。由于无线可充电传感器网络的大规模特性，大量节点可能同时响应附近读取器的读取请求，从而导致网络中的严重通信冲突。另一方面，不同于传统RFID标签，无线可充电传感器节点往往需要传输包含感知信息的更大数据包，导致更长的数据传输时延，这进一步加重了通信冲突。 目前，国际上主流的通信协议EPC C1G2、ALOHA等主要通过节点调度来降低通信冲突，然而该类方法无法从根本上避免通信冲突。而由于充电过程与通信过程的深度耦合，通信冲突的代价很高，这类方法无法满足大规模无线可充电传感器网络实时通信要求。一般的无线可充电传感器节点电压需要充满至一定的阈值以上，才能保证可靠的感知、计算、通信功能，且为充满至所需工作电压的充电时间与节点和读取器的相对距离存在正相关关系。本文从无线可充电传感器网络这一独有的充电特性出发，提出一系列新方法通过主动调控读取器实现完全无冲突通信。不同于已有通过修改介质访问协议来降低通信冲突的方法，本文所提出方法使得节点一旦达到阈值电压即可立刻传输信息，并可完全避免通信冲突从而大幅降低通信时延，并简化了节点端和读取器段的实现复杂度。 论文的主要贡献如下: 1)针对单次停留读取器覆盖所有节点的场景，通过引入冲突带的概念，提出了基于几何规划的最优部署策略，理论给出了冲突避免的最优位置，实现通信时延的最小化。 2)针对多次停留读取器可充电传感器网络冲突避免问题，证明了该问题为NP难问题，通过扩展冲突带的概念，提出了基于贪心算法的优化读取策略，有效降低了通信时延。 3)提出了利用功率控制实现可充电传感器网络冲突避免的方法，给出了实现冲突避免的功率控制优化策略，分析了该方法可行的节点分布条件，仿真结果验证了该方法的有效性。 |
| 作者： | 田跃龙 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 孙优贤;陈积明 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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