能量捕獲傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量管理策略.pdf

1、傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)由電池供電的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，存在著因節(jié)點(diǎn)電池耗竭而無法正常工作這一弊端。能量捕獲傳感器網(wǎng)絡(luò)（Energy-Harvesting Wireless Sensor Network,EH-WSN）克服了這一弊端，受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的青睞。在EH-WSN中，節(jié)點(diǎn)從環(huán)境中獲取能量以支持節(jié)點(diǎn)工作，其協(xié)議棧的物理層和介質(zhì)訪問控制層(Medium Access Control,MAC)通常采用低功率低速率的IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)一

2、種能量管理策略以降低EH-WSN的能耗從而支持其長(zhǎng)時(shí)間工作成為一個(gè)重要的研究課題。本文主要研究基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的EH-WSN的能量管理方案，旨在保證節(jié)點(diǎn)以盡可能低的能耗達(dá)到盡可能高的數(shù)據(jù)包傳遞成功率，主要工作和創(chuàng)新如下：
　　1.利用馬爾科夫鏈對(duì)能量捕獲傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的收發(fā)數(shù)據(jù)包過程進(jìn)行建模分析，得到了節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，并推導(dǎo)得到了節(jié)點(diǎn)在發(fā)送過程中平均緩存數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)以及數(shù)據(jù)包溢出的平均概率。
　　2.分析了

3、采用直接序列擴(kuò)頻(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)和偏移正交相移鍵控(Offset Quadrature Phase Shift Keying,O-QPSK)調(diào)制方法下的誤碼率，并由此計(jì)算出節(jié)點(diǎn)對(duì)于不同發(fā)送速率以及距離下的發(fā)送數(shù)據(jù)包成功的概率。根據(jù)能耗模型以及信道的誤碼率，推導(dǎo)了在不同的重傳次數(shù)下的發(fā)送一次的平均能耗。
　　3.推導(dǎo)了節(jié)點(diǎn)傳輸總能耗的公式，并形成對(duì)之進(jìn)行最小化的優(yōu)化問題。該

4、優(yōu)化問題可以通過聯(lián)合調(diào)整節(jié)點(diǎn)的充電時(shí)間長(zhǎng)度、節(jié)點(diǎn)協(xié)議棧 MAC層設(shè)置的數(shù)據(jù)包最大重傳次數(shù)以及數(shù)據(jù)傳輸速率來達(dá)到能耗最小化這一目的。
　　4.提出了基于上述優(yōu)化問題的能量管理策略，即Optimization Problem based EnergyManagement Scheme(OBEMS)。OBEMS的主要步驟為：當(dāng)節(jié)點(diǎn)的剩余能量小于能量閾值時(shí)，節(jié)點(diǎn)求解上述優(yōu)化問題以獲得最優(yōu)解，然后將其充電時(shí)長(zhǎng)、MAC層最大傳輸次數(shù)以及數(shù)據(jù)發(fā)

5、送速率設(shè)置為最優(yōu)解中與之對(duì)應(yīng)的數(shù)值，以此節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能耗。
　　5.在O-QPSK調(diào)制方法下，針對(duì)能耗和數(shù)據(jù)傳遞成功率等指標(biāo)，將OBEMS方案與四種固定速率方案FDR6.25，F(xiàn)DR12.5，F(xiàn)DR25，F(xiàn)DR50分別在自由空間模型和多路徑空間模型中對(duì)比分析性能，其中，F(xiàn)DR6.25，F(xiàn)DR12.5，F(xiàn)DR25，F(xiàn)DR50依次為數(shù)據(jù)率分別固定為6.25 kbps，12.5 kbps，25 kbps和50 kbps的方案。理論與仿真結(jié)