部分可充電的無線感測器網路的布置、路由和無線充電

《部分可充電的無線感測器網路的布置、路由和無線充電》是依託華中科技大學，由胡夢蘭擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：部分可充電的無線感測器網路的布置、路由和無線充電
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：胡夢蘭
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

無線感測器網路套用前景廣闊，是近年來的研究熱點。雖然它備受關注，卻由於能耗成本過高一直難以普及。無線充電技術的出現有望突破這個難關。本項目研究套用無線充電技術對無線感測器網路充電，以解決它不方便充電和更換電池的難題。最近幾年對於無線可充電感測器網路的研究都假設網路中所有節點都可以充電，忽視了只有部分節點可以充電的網路。然而部分可充電網路不僅會因為地形限制的原因客觀存在，也可以是考慮性價比的人為布置的結果，因此十分重要。本項目首次研究這種部分可充電的網路，並從網路布置、路由和充電路徑規劃問題等多個方面深入拓展，為部分可充電的無線感測網路提供完整的系統框架。本項目將為克服無線感測網路的能耗難題以及推廣無線充電技術的實際套用提供重要的技術儲備和理論依據。

結題摘要

物聯網套用前景廣闊，是近年來的研究熱點。無線感測網路是物聯網的重要組成部分。雖然它備受關注，卻由於能耗成本過高一直難以普及。為了延長感測網路的生存周期，我們研究無線感測器網路維護/能量補充的路徑規劃和周期性調度的聯合設計問題。此前的研究通常採用依次訪問感測器節點並充電的策略。然而，這種方法效率低，因為它通常會產生相當大的充電等待時間。 我們首次提出使用攜帶多個攜帶型充電器的無人車對網路中的多個節點同時進行能量補給。這種並行充電模式顯著減少了每個節點的等待時間，大幅提升效率。基於這種工作模式，我們研究了新穎的路徑規劃和周期性充電調度進行聯合規劃問題。在空間最佳化上，我們的基於聚類和嵌套集合旅行商算法的方案能高效的解決無線感測器網路維護中多充電器布置和回收的路徑規劃問題。在時間最佳化上，我們設計了基於時間槽的周期性充電的調度算法。 在研究感測網能量補給與維護的過程中，我們發現如果採取無人機作為平台，有巨大的優勢。因此，我們也研究了利用無人機這一新穎平台對物聯網進行數據收集和維護。我們發現，無人機的航程和通信距離十分有限。因此，通常人們使用車輛和無人機協同（車-機協同）來克服距離的限制，使其更加實用。高效的車-機協同能極大的最佳化時間、節省費用。然而，之前在研究中通常只考慮了一架無人機，無法同時為區域內的多個目標提供服務。使用多架無人機並行服務多個目標可以顯著提高效率。因此，我們提研究了新穎的的車輛-多無人機協同的路由和調度聯合最佳化問題並設計了2個算法。這類問題的難點在於我們既要考慮空間上的車輛、無人機的路徑規劃，即2層車輛路徑問題，同時也要考慮時間上的車輛、無人機的同步調度。 最後，我們的項目按計畫完成，並獲得了豐碩的成果。我們在國際一流（中科院1區、2區）的SCI期刊上發表論文6篇。其中5篇的基金資助的第一標註為本項目。本項目的主持人是其中4篇的第一作者、通信作者。