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基于博弈论的多车充电调度研究

韦双  
【摘要】:无线传感器网络具有广泛的应用前景,但是受到能量因素的制约,传感器节点生存时间有限。为了解决这一问题,有人提出无线可充传感器网络的概念。使用无线充电车,机器人作为充电设备,利用无线能量传输技术给传感器节点充电,可以有效延长传感器节点的生存时间。本文中,研究大规模网络中多车充电调度算法,使无线充电车的能量使用效率最高,移动能量消耗最少。首先研究多个无线充电车周期式给传感器节点充电,同时保证所有传感器节点不会耗尽能量。在这一问题中,把多个无线充电车给传感器节点充电行为看成一种买卖交易。无线充电车给传感器节点充电需要耗费一定的成本,这些成本最终由传感器节点承担。传感器节点为了减少承担的成本,选择彼此合作。本文将多个无线充电车周期式充电问题转化成传感器节点之间的合作博弈问题并通过搜索最优联盟结构求解问题。为了减少搜索空间,本文给出约束条件去除不可行联盟。此外,自适应更新联盟算法使联盟结构适应于不断变化的网络拓扑结构,减少移动能量消耗。考虑到协同充电具有扩大无线充电车网络覆盖范围的优点,本文还研究多车协同充电调度问题。无线充电车不仅可以给传感器节点充电,也可以给能量较低的无线充电车充电。为了提高无线充电车的能量使用效率,本文将多车协同充电调度问题转化成无线充电车之间的竞争博弈。通过合理设计收益函数和制定博弈规则,有效制约了无线充电车的充电行为,使博弈取得社会福利最优的结果。本文通过大量实验仿真,显示了基于合作博弈的多车周期式充电调度算法与现有算发相比,移动能量消耗更少。此外,实验仿真结果也显示基于竞争博弈的多车协同充电调度算法与现有算法相比,在能量使用效率和节点死亡率这两个性能指标上都具有明显优势。


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