52
传感器与微系统(Transducer and Microsystem Technologies）
2016年第35卷第10期
DOI:10.13873/J.10009787( 2016 )10005204
可充电WSs中基于效用最大化的数据收集方案
胡小平，杨向萍
（东华大学机械工程学院，上海201620）
摘要：利用无人机(UAV)到达传感器集群位置，然后采集数据并对相应集群的传感器充电。定义了数据收集效用函数，将数据收集问题描述为一种以数据收集效用最大化为目标的优化问题，并提出单边偏好匹配算法和基于双边偏好匹配的资变算法来解决上述向题。仿真实验表明：利用本文资蔓算法确定的
集。
关键词：无线传感器网络；数据收集；效用；单边匹配；贪婪算法；最优解
中图分类号：TP393
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2016)10-0052-04
Datagathering schemebasedonutilitymaximizationin
rechargeableWsNs HU Xiao-ping, YANG Xiang-ping
( School of Mechanical Engineering,Donghua University,Shanghai 201620, China)
Abstract: Unmanned aerial vehicles UAV ) is employed to travel to the sites of sensor clusters,collect data, and recharge the sensors in corresponding clusters. Define utility function of data collection, formulate the data collection problem into optimization problem with objective of maximizing data collection utility, and one side preferences matching algorithm and greedy algorithm based on two-side preferences matching are proposed to solve the above problems. Simulation experiments show that the matching between UA Vs and SCs by the proposed greedy algorithm can yield the optimal solution in terms of data collection utility, and the data of sensor can be efficiently collected.
Key words: wireless sensor networks( WSNs ); data gathering; utility: one side matching: greedy algorithm; optimal solution
0引言
在过去10年间，无线传感器网络(wirelesssensornet works，WSNs)获得了人们的广泛关注(1)。数据处理和计算技术的进步，使传感器可以测量多种领域2]中的数据（比如温度、压力、光照、湿度及红外线等）。但是电池技术进展缓慢，使电量有限的传感器受到严重的能量约束。此外，人们还希望利用WSNs对广大区域实现无人值守式观察。虽然传感器部署简单，但是使WSNs保持长时间运行，在大面积部署区域尤其是恶劣环境条件（比如高温沙漠、密林雪山）下实现传感数据的高效收集，难度很大3。
为了避免传感器的能量消耗完，人们已经在之前文献中提出了多种能量节约4]、环境能量利用51和增量部署算法6]。然而，能量节约算法只能延缓能量被消耗的步伐，无法补充能量。对太阳能、风能和振动能等环境能量进行
收稿日期：2015-11-09
利用时，会受到这些能量可用性的约束，且这些能量的可用性往往不受人力控制。此外，部署的传感器节点可能会污染环境，因此增量部署算法对环境不够友好。
然而，无线能量传输技术在近期取得突破，为WSN：的传感器能量补充提供了一种有力途径。美国国家航空航天局NASA)的电磁辐射实验证明了能量远距离高效传输的可行性：在Goldstone网络实验中，NASA在1.5km的距离上传输了34000W的能量，效率达到82%。文献[8]利用一个无人机(unmanned aerialvehicle，UAV）携带充电设备，周期性地访向传感器集群，对传感器实施无线充电，进而使WSNs永久工作。文献[9]设计了一种移动式无线充电车，并通过实验验证了无线充电车在为WSNs补充能量方面的性能。虽然在这些创新性研究中，传感器能量得以补充，但WSNs将数据以多跳方式从数据源向Sink节点传