射频供能无线传感器网络高能效数据收集方案-电子学报.PDF

第９期 电　　子　　学　　报 Ｖｏｌ．４６　Ｎｏ．９ ２０１８年９月 ＡＣＴＡＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＡＳＩＮＩＣＡ Ｓｅｐ．　２０１８ 射频供能无线传感器 网络高能效数据收集方案 １ ２ １ １ １ 邱树伟 ，石海燕 ，池凯凯 ，程　珍 ，朱艺华 （１浙江工业大学计算机科学与技术学院，浙江杭州３１００２３；２绍兴文理学院机械与电气工程学院，浙江绍兴３１２０００） 　　摘　要：　在射频供能无线传感器网络中，提高网络能效和吞吐率是一个重要的研究问题．该文统筹考虑信道分 配、节点的能量阈值以及ＭＡＣ（ＭｅｄｉｕｍＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）帧分块重传机制，提出高能效和高吞吐率的数据收集方案；推 导了节点的充电时间、节点传输一个ＭＡＣ帧的平均能耗和平均时延、网络能效和吞吐率，定义了网络效用函数，形成 了最大化网络效用的优化问题．通过调整效用系数并求解优化问题，可以获得使网络能效和吞吐率最大化的最优能量 阈值和ＭＡＣ帧最优分块个数．仿真结果表明，所提方案的能效和吞吐率高于已有方案． 关键词：　射频供能通信网络；无线传感器网络；数据收集；吞吐率；能效 中图分类号：　ＴＰ３９３　　　文献标识码：　Ａ　　　文章编号：　０３７２２１１２（２０１８）０９２２３８０７ 电子学报ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｊｏｕｒｎａｌ．ｏｒｇ．ｃｎ　 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０３７２２１１２．２０１８．０９．０２７ ＥｎｅｒｇｙＥｆｆｉｃｉｅｎｔＤａｔａＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎＳｃｈｅｍｅｆｏｒＲａｄｉｏ ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＰｏｗｅｒｅｄＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋ １ ２ １ １ １ ＱＩＵＳｈｕｗｅｉ，ＳＨＩＨａｉｙａｎ，ＣＨＩＫａｉｋａｉ，ＣＨＥＮＧＺｈｅｎ，ＺＨＵＹｉｈｕａ （１ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ３１００２３，Ｃｈｉｎａ； ２ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｏｘｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｏｘｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ３１２０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉｎｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙｐｏｗｅｒｅｄｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ（ＲＦＰＷＳＮ），ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｐｉｃ．Ａｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｗｉｔｈｈｉｇｈｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｈｉｇｈｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎ ｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｈｉｃｈｉｎｔｅｇｒａｔｅｓｃｈａｎｎｅｌａｌｌｏｃａｔｉｏｎ，ｅｎｅｒｇｙｔｈｒｅｓｈｏｌｄａｎｄＭＡＣ（ＭｅｄｉｕｍＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）ｆｒａｍｅｂｌｏｃｋｌｅｖｅｌｒｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｈａｒｇｉｎｇｔｉｍｅｏｆｎｏｄｅｓ，ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅｄｅｌａｙｆｏｒ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇａＭＡＣｆｒａｍｅ，ａｎｄｔｈｅｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｏｆｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋａｒｅｄｅｒｉｖｅｄ．Ｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｕｔｉｌｉｔｙｆｕｎｃｔｉｏｎ