RWSN中一种基于移动数据收集和移动充电的全网能量均衡机制
电信5G协优考试题库(含答案)
电信5G协优考试题库（含答案）单选题1.关于BWP的应用场景，说法正确的是A、选项全正确B、UE在大小BWP间进行切换，达到省电的效果C、应用于小带宽能力UE接入大带宽网络D、不同的BWP，配置不同的Numerology，承载不同的业务答案：A2.协议中5GNR毫米波单载波支持最大的频域带宽A、200MB、400MC、800MD、1000M答案：B3.5G系统中以()为最小粒度进行QoS管理。
A、E-RABbearerB、PDUSessionC、QoSflowD、以上都不是答案：C4.5G用于下行数据辅助解调的信号是哪项A、DMRSB、PT-RSC、ssD、CSI-RS答案：A5.56单站验证时，传输带宽的要求是？A、500MB、800MC、900MD、2G答案：B6.以下5GNRslotformat的说法对的有A、SCS=60KHz时，支持配置Periodic=0.625msB、Cell-specific的单周期配置中，单个配置周期内只支持一个转换点C、对DL/UL分配的修改以slot为单位答案：B7.在5G中，PUSCH支持的波形有A、DFT-S-OFDMB、DFT-a-OFDMC、DFT-OFDMD、S-OFDM答案：A8.电信选择的帧结构为()A、2ms单周期B、2.5ms单周期C、2.5ms双周期D、5ms单周期答案：C9.以下哪个参数用于指示对于SpCell,是否上报PHRtype2A、phr-Type2SpCellB、phr-Type2OtherCellC、phr-ModeOtherCGD、dualConnectivityPHR答案：A10.5G支持的新业务类型不包括A、eMBBB、URLLCC、eMTCD、mMTC答案：C11.你预计中国的5G将会在什么时候规模商用A、2018到2019.B、2020到2022C、2023到2025D、2025到2030答案：B12.一般情况下，NR基站的RSRP信号低于多少时，用户观看1080P视频开始出现缓冲和卡顿？A、-112dBmB、-107dBmC、-102dBmD、-117dBm答案：D13.IT服务台是一种：A、流程B、设备C、职能D、职称答案：C14.SN添加的事件为A、A2B、A3C、B1D、B2答案：C15.以下SSB的测量中，那些测量标识中只可以在连接态得到：A、SS-RSRPB、SS-RSRQC、SS-SINRD、SINR答案：C16.哪个docker镜像用于配置数据生效及查询？A、oambsB、nfoamC、brsD、ccm答案：B17.5G中，sub-6GHz频段能支持的最大带宽是A、60MHzB、80MHzC、100MHzD、200MHz答案：C18.eLTEeNB和gNB之间的接口称为()接口A、X1B、X2C、XnD、Xx答案：C19.ShortTTI子载波间隔为A、110KHzB、120KHzC、130KHzD、140KHz答案：B20.NR核心网中用于会话管理的模块是A、AMFB、SMFC、UDMD、PCF答案：B21.中移选择的帧结构为()A、2ms单周期B、2.5ms单周期C、2.5ms双周期D、5ms单周期答案：D22.ZXRAN室外宏站楼顶安装天线抱杆直径要求需满足？A、60mm~120mmB、40mm~60mmC、20mm~40mmD、10mm~20mm答案：A23.关于自包含帧说法错误的:A、同一子帧内包含DL、UL和GPB、同一子帧内包含对DL数据和相应的HARQ反馈C、采用自包含帧可以降低对发射机和接收机的硬件要求D、同一子帧内传输UL的调度信息和对应的数据信息答案：C24.属于LPWAN技术的是A、LTEB、EVDOC、CDMAD、NB-IOT答案：D25.5G天线下倾角调整的优先级是以下哪项？A、调整机械下倾＞调整可调电下倾一＞预置电下傾B、预置电下倾つ调整机械下傾－＞调整可调电下倾C、调整可调电下倾一＞预置电下倾→调整机械下傾D、预置电下倾一＞调整可调电下倾调整机械下倾答案：D26.5G的无线接入技术特性将（5GRATfeatures）会分阶段进行，即phase1和p hase2.请问5G的phase2是哪个版本？A、R13B、R14C、R15D、R16答案：D27.5GNR网管服务器时钟同步失败的可能原因有？A、网络连接不正常B、主备板数据库不一致C、EMS小区数目超限D、SBCX备板不在位答案：A28.以下对5GNR切换优化问题分析不正确的是？A、是否漏配邻区B、测试点覆盖是否合理C、小区上行是否存在干扰D、后台查询是否有用户答案：D29.5G系统中，1个CCE包含了多少个REG？A、2B、6C、4D、8答案：B30.NR网络中，PRACH信道不同的序列格式对应不同的小区半径，小区半径最大支持多少KMA、110B、89C、78D、100答案：D31.协议已经定义5G基站可支持CU和DU分离部署架构，在()之间分离A、RRC和PDCPB、PDCP和RLCC、RLC和MACD、MAC和PHY答案：B32.AAU倾角调整优先级正确描述为以下哪项？A、调整可调电下倾->调整机械下倾->数字下倾->设计合理的预置电下倾B、设计合理的预置电下倾->调整可调电下倾->调整机械下倾->数字下倾C、调整可调电下倾->调整机械下倾->设计合理的预置电下倾->数字下倾D、调整可调电下倾->设计合理的预置电下倾->调整机械下倾->数字下倾答案：B33.5G的基站和4G的基站的主要差异在A、RRUB、BBUC、CPRID、接口答案：B34.UE最多监听多少个不同的DCIFormatSizePerSlotA、2B、3C、4D、5答案：C35.仅支持FR1的UE在连接态下完成配置了TRS，TRS与SSB可能存在下面哪个QCL关系A、QCL-TypeAB、QCL-TypeBC、QCL-TypeCD、QCL-TypeD答案：C36.5G网络中，回传承载的是和之间的流量A、DU、CUB、AAU、DUC、CU、核心网D、AAU、CU答案：C37.不属于5G网络的信道或信号是()A、PDSCHB、PUSCHC、PDCCHD、PCFICH答案：D38.5G的愿景是A、一切皆有可能B、高速率，高可靠C、万物互联D、信息随心至，万物触手及答案：D39.关于MeasurementGap描述错误的是A、EN-DC下，网络可以配置Per-UEmeasurementgap，也可以配置Per-FRmeasur ementgap；B、EN-DC下，LTE服务小区和NR服务小区（FR1)的同属于perFR1measurementg ap;C、EN-DC下，gap4～gap11可以用于支持Per-FR1measurementgap的UE；D、EN-DC下，支持per-UEmeasurementgap的UE，若同时用于NR和非NR邻区测量，可以用gap0～11。
【CN110034596A】WRSNs中基于SOM神经网络的多基站充电方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910282982.0(22)申请日 2019.04.10(71)申请人 河海大学常州校区地址 213022 江苏省常州市新北区晋陵北路200号(72)发明人 韩光洁 廖泽钦 刘立 刘国高 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限公司 32200代理人 丁涛(51)Int.Cl.H02J 7/00(2006.01)H04W 16/18(2009.01)H04W 84/18(2009.01)G06N 3/02(2006.01)G06N 3/12(2006.01)(54)发明名称WRSNs中基于SOM神经网络的多基站充电方法(57)摘要本发明公开一种WRSNs中基于SOM神经网络的多基站充电方法，步骤如下：利用SOM神经网络对无线可充电传感网划分类别；根据传感器的能耗和充电器的电池容量，将网络的第级别划分为传感器节点数相等的个区域并配备一级移动充电器；利用遗传算法对一级移动充电器遍历路径进行最优规划并在路径上选取驻留点。
根据驻留点利用遗传算法规划最优路径，在该路径上配备二级移动充电器和基站；在每个充电周期内，一级移动充电器对传感器节点充电，待所有一级移动充电器充电结束后，二级移动充电器开始对一级移动充电器充电。
本发明具有的有益效果：算法复杂度小，能够准确划分传感器类别，实现传感网全覆盖充电，降低移动能量损耗和充电损耗。
权利要求书2页 说明书6页 附图4页CN 110034596 A 2019.07.19C N 110034596A1.一种WRSNs中基于SOM神经网络的多基站充电方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)利用SOM神经网络对无线可充电传感网划分类别；(2)在充电操作开始之前，根据传感器的能耗和移动充电车的电池容量，将网络的第i 级别划分为传感器节点数接近相等的k i个区域并配备一级移动充电器，从而保证节点能被完全充电；(3)利用遗传算法对一级移动充电器遍历路径进行最优路径规划；在一级移动充电车最优遍历路径上选取驻留点，再次利用遗传算法根据驻留点规划最短路径，在最优路径上配备二级移动充电器和设立基站；一级移动充电车从驻留点出发，遍历所在区域的所有传感器节点并进行充电，充电结束后停留在驻留点；(4)每个充电周期内，一级移动充电器对传感器节点充电，待所有一级移动充电器节点充电结束后，二级移动充电器开始遍历驻留点对一级移动充电器充电。
5G技术大比武试卷(44)_答案
5G技术大比武试卷（44）总分100分，考试一共90分钟一、单选题（共20题，每题2分，共40分）【第1题】以下部署选项，不能为仅支持5G终端提供服务的是（）A、option3aB、option4C、option4aD、option2【答案】A【第2题】NR系统架构中，gNB之间的接口类型为（）A、S1B、X2C、NGD、Xn【答案】D【第3题】5G核心网采用了基于服务化架构的SBI(service based interface)串行总线接口协议，传输层统一采用了（）协议A、HTTP/2B、SOAPC、BICCD、SFTP【答案】A【第4题】以下哪个不是NR中RLC层的功能？A、数据缓存B、数据分段C、ARQD、数据加密【答案】D【第5题】NR中定义一个子帧时间长度是多长？A、0.5msB、1msC、5msD、10ms【答案】B【第6题】LTE和NR组成双连接关系时，用户面应锚定在A、NRB、LTEC、 LTE或NRD、可同时锚定在LTE和NR【答案】D【第7题】关于5G NSA的选项3，下列描述正确的有：A、信令锚定gNBB、信令锚定gNB和eNBC、信令锚定gNB或eNBD、信令锚定eNB【答案】D【第8题】如果载波频率大于3GHz且小于6GHz，那么半帧内的候选SSB的数量上限是多少？A、4B、8C、16D、32【答案】B【第9题】关于3GPP的架构选项，下面描述正确的是：A、选项3是“SCG split bearer”B、选项3a是“SCG split bearer”C、选项3x是“MCG/SCG bearer”D、控制平面的连接是通过MeNB到SgNB【答案】D【第10题】下列哪一条消息激活RRC的安全性？A、RRC SetupB、Security Mode CommandC、RRC ReconfigurationD、DL Information Transfer【答案】B【第11题】目前，NR FR1和LTE共同确定的Gap，Gap pattern有几种()A、1B、2C、3D、4【答案】D【第12题】Massive MIMO如何定义？A、具有多层的MIMOB、具有更多天线端口的MIMOC、MU-MIMOD、MU-MIMO和SU-MIMO【答案】B【第13题】相对于LTE的寻呼，5G中计算寻呼时机，新增的一个变量是以下哪个？A、PO_OffsetB、PF_OffsetC、NsD、i_s【答案】B【第14题】在5GC中,以下哪个模块用于用户的鉴权管理?A、AMFB、AUSFC、PCFD、SMF【答案】B【第15题】标识NR随机接入竞争解决完成是哪个消息？A、Msg1B、Msg2C、Msg3D、Msg4【答案】D【第16题】在eNodeB中，以下哪个NSA相关指标无法统计？A、SCG释放次数B、SCG添加成功次数C、SCG释放原因D、SCG变更次数【答案】C【第17题】NR下行带宽100MHz使用SCS为30Khz时，每个RBG包含多少个PRB？A、8B、4C、16D、2【答案】C【第18题】在做PCI规划时，由于基站分布是不均匀的，存在农村、郊区、城区、密集城区等各种环境，因此单纯用距离来衡量复用质量是不可靠的，为此引入了下述哪个衡量标准？A、高度B、层数C、隔离度D、覆盖范围【答案】B【第19题】3GPP 关于5G RAN切分标准已经确定的是A、BBU/RRU之间采用option 3B、CU/DU高层分割采用option 2C、RRU/AAU和DU 分割采用option 7D、D-RAN和CU分割采用option 7【答案】B【第20题】以下哪一项不属于违反《计算机信息网络国际联网安全保护管理办法》处罚的是（）。
无线维护机务员试题及答案(题库版)
无线维护机务员试题及答案（题库版）1、单选使用（）可以获得更好的覆盖效果。
A、CDU_AB、CDU_C+C、CDU_CD、CDU_D正确答案：A2、填空题It was about 600 y（江南博哥）ears ago （） the first clockwith a face and an hour hand was made.正确答案：that3、单选代维人员因违反有关操作维护规范造成重大安全事故（人员伤亡、设备损坏、重大网络故障），或代维公司（）考核得分不满60分，移动公司有权立即终止代维工作并解除代维协议。
A、连续两个月B、连续三个月C、连续四个月正确答案：B4、填空题在ERICSSON1算法中，候选小区经过三个不同的计算过程，所采用的算法分别为：（）、（）、（）。
正确答案：M算法；K算法；L算法5、问答题产生分集接收告警的条件及其对接收机灵敏度的影响？正确答案：产生分集接收告警的条件为：基站的一个或若干载频的2路接收信号A、B的强度相差至少为12dB（即≥12dB），（2.5分）并且持续50分钟以上，基站就会产生分集接收告警。
产生分集接收告警的TRU的接收机灵敏度会因此降低大约3.5dB。
（2.5分）6、填空题手机测量的周围邻区的（）频率的列表称为BA_list。
正确答案：BCCH参考解析：试题答案 BCCH7、填空题为了在有限的频段内能够满足大量用户和高话务量的需求，就必须对有限的频率进行（）。
正确答案：频率复用8、问答题计算题：假设某小区定义的DCHNO=11，请写出该频点所使用的上下行频率。
正确答案：上行：890.2+（11-1）*0.2等于892.2MHz（2.5分）下行892.2+45等于937.2MHz。
（2.5分）9、填空题切换过程中，根据手机测量到相邻小区的（）和（）决定手机切换的目的小区。
空闲手机在接收SMS时，使用（）信道，当手机在通话过程中则通过（）信道接收。
通话时的切换信令是在（）这个逻辑信道上发送的。
《2024年基于无人机的WRSN中数据收集和能量补充机制研究》范文
《基于无人机的WRSN中数据收集和能量补充机制研究》篇一一、引言随着无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）的快速发展，无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）在WSN中的应用逐渐受到广泛关注。
无线传感器网络由大量低成本、低功耗的传感器节点组成，这些节点可以实时监测和收集环境数据。
而无人机的引入为WSN提供了空中视角的数据收集和能量补充机制，大大提高了WSN的覆盖范围和效率。
本文旨在研究基于无人机的WRSN（Wireless Sensor Networks based on UAVs）中数据收集和能量补充机制。
二、WRSN中的数据收集在WRSN中，无人机作为一种高效的空中数据收集平台，可以实现对传感器节点的远程控制和数据传输。
数据收集的流程通常包括无人机的路径规划、传感器节点的数据传输以及数据的集中处理。
首先，无人机的路径规划是数据收集的关键。
通过优化无人机的飞行路径，可以确保对传感器节点的全面覆盖，并最大限度地减少数据传输的延迟。
这需要结合WSN的拓扑结构和传感器的分布情况，制定出高效的路径规划算法。
其次，传感器节点的数据传输是数据收集的核心。
传感器节点将收集到的环境数据通过无线通信方式传输给无人机。
为了提高数据传输的效率和可靠性，可以采用多跳传输、中继节点等技术手段。
最后，数据的集中处理是对收集到的数据进行进一步分析和处理的过程。
通过对数据的处理和分析，可以提取出有价值的信息，为决策提供支持。
三、WRSN中的能量补充机制由于WSN中的传感器节点通常采用电池供电，因此能量补充是一个重要的问题。
在WRSN中，通过无人机为传感器节点提供能量补充是一种有效的解决方案。
首先，需要设计合适的能量补充装置和策略。
这包括为无人机配备适当的电池和充电设备，以及制定出合理的能量补充计划和策略。
在制定能量补充计划时，需要考虑传感器节点的分布、能量消耗情况以及无人机的飞行能力等因素。
一种WSNs中基于聚类分簇的协同充电方法[发明专利]
![一种WSNs中基于聚类分簇的协同充电方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/850853f9650e52ea54189835.png)
专利名称：一种WSNs中基于聚类分簇的协同充电方法专利类型：发明专利
发明人：韩光洁,吴加威,江金芳,廖泽钦
申请号：CN201811548919.9
申请日：20181218
公开号：CN109495945A
公开日：
20190319
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种WSNs中基于聚类分簇的协同充电方法，首先对全网中的节点根据密度进行分簇，然后再根据节点的剩余能量和邻居节点个数选取簇头，簇头节点作为充电器对该簇进行数据收集的节点；其次，充电器会遍历每一个簇以保证收集全网的数据，当一个簇中有多个待充电节点时，母充电器会寻找一个合适的位置，释放子充电器同时对多个节点进行充电。
本发明将数据分为敏感数据和非敏感数据，并采取不同的收集策略。
本发明能够最小化充电时间，提高充电有效性和网络的可扩展性，使得网络的寿命最大化。
申请人：河海大学常州校区
地址：213022 江苏省常州市新北区晋陵北路200号
国籍：CN
代理机构：南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：丁涛
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网络优化习题库含答案
网络优化习题库含答案一、单选题（共70题，每题1分，共70分）1、LTE系统种，用于功率控制信标信道的以下哪个？（）A、PSSB、PDSCHC、RSD、PBCH正确答案：C2、NSA组网用户面分流方式有（）A、选项全正确B、NR基站分流C、LTE基站分流D、核心网分流正确答案：A3、LTE/EPC网络中寻呼手机用的标识是（）A、GUNMMEIB、MMEIC、S-TMSID、GUTI正确答案：C4、以下不属于LPWA物联网技术的是（）A、NB-lOTB、LoRaC、ZigbeeD、Sigfox正确答案：C5、RRC IDLE状态下不具有的功能？（）A、NAS对DRX的配置B、系统消息广播C、eNodeB中有RRC上下文储存D、寻呼E、PLMN选择正确答案：C6、LTE支持灵活的系统带宽配置，以下哪种带宽是LTE协议不支持的？B、20MC、40MD、5M正确答案：C7、以下哪个不是前台关注的指标A、附折成功率B、RRC建立成功率C、SSB-RSRPD、NSA控制面时延正确答案：D8、通过在LTE网络中专门引入（）来实现PS域的语音业务。
A、P-GWB、IMSC、S-GWD、MSC正确答案：B9、OFDM的英文全称是（）？A、Orthogonal Frequency Division MultiplexingB、Overwhelming Frequency Divsion MultiplexingC、Outstanding Frequency Division MultiplexingD、Orthogonal Frequency Division Modulation正确答案：A10、NB-lOT比LTE和GPRS网络覆盖提升了（）的增益，期望能覆盖到地下车库、地下室、地下管道等信号难以达到的地方。
A、20dBmB、15dBmC、25dBmD、10DdBm正确答案：A11、以下哪种SIB消息中，会携带HRPD载频信息A、SIB11B、SIB10C、SIB9正确答案：D12、TDMA采用（）多址技术A、调频B、扩频C、时分D、分组正确答案：C13、以下哪种业务属于uRLLC？A、车联网B、VRC、高清视频D、抄表业务正确答案：A14、5G是由ITU定义的第五代移动通信标准，它的正式名字是什么？A、IMT-2020B、IMT-2010C、IMT-2000D、IMT-2005正确答案：A15、SDN架构中作为硬件资源池为控制层提供按需的网络拓扑，数据处理和数据转发的是（）A、应用平面B、控制平面C、用户平面D、数据平面正确答案：D16、NPDSCH信道上采用的调制方式为A、16QAMB、8BPSKC、QPSKD、BPSK正确答案：C17、RRC_CONNECTED状态下功能错误的是？A、被叫寻呼B、UE有E-UTRAN-RRC连接C、移动性网络控制D、E-UTRAN知道UE属于哪一个小区正确答案：A18、MassiveMIMO天线通道数最大可达到（）A、256B、192C、128D、64正确答案：A19、Polar码的特点不包括（）A、SC译码的时延比较大。
一种射频能量捕获网络移动能量源均衡化充电策略
一种射频能量捕获网络移动能量源均衡化充电策略田贤忠;祝驿楠;何佳存;郭敏;刘高【摘要】为解决传统电池供电传感器网络存在的电池不易更换、节点能量容易耗尽等问题,射频能量捕获技术已逐步应用于无线可充电传感器网络中.由于不同位置传感器节点的工作负荷不同,捕获能量也有差异,实现节点能量的均衡化分布可以有效地提高节点的存活率.考虑射频能量源移动充电的场景,在已知节点位置信息的条件下,设计合理均衡的路由方案和充电算法.首先将区域基于蜂窝六边形网格划分,分别对网格和节点分层,提出逐层传输的均衡式路由策略,然后给出无线充电小车的移动路径,对相邻两层内节点剩余能量的方差最小化问题建模,由内层向外层依次确定能量源在各停留点的充电时间.仿真结果表明,相比已有的均衡化充电方法,该策略可以明显提高节点剩余能量的均衡性,从而延长网络的生命周期.【期刊名称】《电子学报》【年(卷),期】2018(046)012【总页数】8页(P2985-2992)【关键词】射频能量捕获;无线传感器网络;能量均衡;无线充电【作者】田贤忠;祝驿楠;何佳存;郭敏;刘高【作者单位】浙江工业大学计算机科学与技术学院,浙江杭州310023;浙江工业大学计算机科学与技术学院,浙江杭州310023;浙江工业大学健行学院,浙江杭州310023;浙江工业大学计算机科学与技术学院,浙江杭州310023;浙江工业大学计算机科学与技术学院,浙江杭州310023;浙江工业大学计算机科学与技术学院,浙江杭州310023【正文语种】中文【中图分类】TN9111 引言传统的无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)中传感器节点由电池供电，能量容易耗尽，网络生存周期较短，限制了其实际应用场景[1～3].无线可充电传感器网络作为目前的研究热点，通过捕获外界能量为传感器供电，以解决上述问题.射频能量作为最具研究前景的能量之一，节点可捕获专用的射频能量或环境的射频能量转化为电能给传感器的收发数据等正常工作供能.本文考虑的是射频能量捕获网络(Radio Frequency Energy Harvesting Network,RF-EHN)中专用能量源移动的情况，主要研究的问题是确定能量源小车的移动路线和各停留点的停留时间以更优地提升网络性能.针对这个问题，已有一些研究成果.比如，针对单个移动能量源充电的场景，Fu等人[4]阐述了充电时延对网络的阻碍，通过近似能量捕获模型将问题简化为最小时延线性规划(Linear Programming,LP)问题，最终通过聚类求解得到小车的行走路径和各停留点的停留时间；Xie等人[5]以最大化小车休息时间为目标优化小车的行走路径、停留时间以及数据包转发路由；Shi等人[6]在此基础上设计了一种动态路由算法，进一步优化了能量源休息时间对总时延的占比；文献[7]在能量源移动时间受限的约束下，通过研究节点激活调度方案和小车移动策略，实现节点随机事件捕获服务质量的最大化；Chen等人[8]则同时考虑了小车移动过程动态充电和在停留位置静止充电的情况，得到了更短的充电时延.由于射频能量源不能无休止地滞留于网络中充电，其时延过大将阻碍网络通信，因此充电后各节点的剩余能量将可能直接决定此后网络的存活时间.实现节点能量的均衡化，将有助于规避部分节点能量提前耗尽的情况.然而大量研究中节点的能量只是达到最低的工作阈值，并未较好地对节点的能量平衡进一步探讨，很大程度上导致了能量空洞、网络节点存活率低等问题.有关节点能量方面，He等人[9]考虑传感器的剩余寿命，对充电节点的选择和能量源移动路径两个维度进行规划，设计启发式算法最大化传感器节点消耗总能量相对小车移动过程中消耗能量的比率；文献[10]中阐述了网络中节点负载不同而引发的能量失衡问题，采用平衡意识布置方法设计能量源的位置以优化充电效率；Xia[11]等人则提出能量平衡区域的概念，揭示了能量平衡仅能在局部区域中实现，将网络生命周期最优问题转化为区域分割问题.与本文直接相关的是文献[12].Han等人[12]以四边形网格划分区域，针对基站附近节点中继数据包较多所引起的消耗能量较多，远离基站节点消耗能量较少的情况，考虑节点剩余能量的均衡性，制定了一种新的多跳路由选择策略，并给出小车的移动路线，使其充电时间与每层网格内部传感器消耗能量呈正比，使能量供给更均衡化，有效提高网络节点的存活率.但是文献[12]方案中尚存在不足：没有考虑里层节点剩余能量小于能量阈值的情况以致网络节点存活率低；小车在各方环的充电时间仅考虑节点平均消耗能量，节点剩余能量的均衡性可以进一步增强.针对上述不足，本文提出一种射频能量捕获网络移动能量源均衡化充电策略，首先将区域划分为六边形网格，将六边形的中心点作为小车移动过程中的停留点，将传感器节点分层，给定能量源移动路径，基于机会路由提出一种分配小车充电时间的算法，满足相邻两层网络节点剩余能量方差最小以实现节点能量的最大均衡化需求.本文的主要贡献如下：(1)本文通过六边形网格划分区域，提出一种基于节点分层的均衡式路由策略，并建立节点剩余能量均衡化模型，设计了一种移动无线射频小车充电时间分配的高效算法.(2)对于节点剩余能量的均衡性模型，从最里层出发，以最小化相邻两层节点剩余能量方差为目标函数，逐层求解得到充电小车在任意相邻两层停留时间的函数关系，同时设置能量阈值作为约束条件确保节点存活，最终确定小车在各层的停留时间. (3)通过仿真实验，对比已有的能量均衡化充电策略，验证上述策略的有效性.2 系统模型本文将传感器节点所处的二维区域以基站为中心，基于蜂窝六边形结构划分，网络模型示意图如图1所示.无线射频充电小车修整结束后从基站出发，由内向外按层为传感器节点进行移动充电，其移动过程中的停留位置在各六边形网格的中心点，同一层各停留点的充电时间相同，经过周期T时间后回到基站.设划分的蜂窝网格数为M，小车移动路径上停留点的集合为Path={p1,p2,…pM}，传感器节点的数目为N，对于第i个传感器节点si，其坐标用来表示.节点初始能量E0为常数.由于越靠近基站的节点工作负荷越大，消耗能量越多，为使节点剩余能量尽可能均衡化，因此越靠近里层的停留点上充电时间相对越长.2.1 射频能量捕获模型当无线充电小车处于第j个停留位置节点si与小车之间的距离根据Free-Space模型，节点能量接收功率Pr和能量发送功率Pt之间的关系表示如下[13]：(1)其中，η为能量转换效率，Gt为发送天线增益，Gr为接收天线增益，Lp表示极化损耗，λ为波长，ε是避免上述公式中d过小时捕获功率无穷大的调整参数，d0是充电半径(节点与小车距离大于d0时能量捕获功率近似为0).关于蜂窝六边形网格的半径，为确保小车充电范围可以完全覆盖正六边形内所有传感器节点，六边形网格的边长不宜过大.因此，将充电半径d0作为六边形的边长进行划分.2.2 网格及节点分层模型将基站(0，0)所在六边形网格作为第0层，从内向外进行网格的分层，由于区域内共有M个蜂窝网格，而第k层中包含6k个网格，故除第0层外，总层数L满足3L2+3L+1≥M>3L2-3L+1，则总层数对于某个网格而言，假设其中心点坐标位置为(xp,yp)，若|yp|则对应的层数kL,k∈N*)；反之，对应的层数设置能量发送功率Pt恒定，则节点捕获能量功率Ph可简化为：(2)每个传感器节点捕获的总能量最多由三个停留点供能累加，设第i个传感器节点周边的可能供能点为p1,p2,p3，则节点捕获到的总能量为：(3)故可通过连接相邻六边形的中心点构成边长为的正三角形，如图2所示.由于后续的路由中继策略和充电方案需要建立在不同位置节点分层的基础上，因此这里根据节点于正三角形不同区域的分布情况，基于已分层的网格，将各节点进行归属分配.对于∀层数k∈[0,L],k∈N*，分下述四种情况阐述：节点a同时处于第k层和第k+1层两个中心点充电半径内，则使节点a归属于第k+1层；节点b仅捕获第k层停留点发射的射频能量，则节点b归属于第k层；节点c可以捕获的能量源停留位置均处于第k+1层，则节点c归属于第k+1层；若节点恰好处于正三角形的中心位置，可以接收三角形三个顶点位置的供能，归属于第k+1层.2.3 节点能量消耗模型设βr为传感器节点电路模块正常工作接收1bit数据消耗的能量，βt为节点发送1bit数据消耗的能量，节点需发送的数据包长度为n bits，下一跳节点为u，当前节点与下一跳节点的距离为diu，则节点i每发送1bit数据消耗的能量为βr+βtdiu2，每接收1bit数据消耗的能量为βr.其中βr、βt为常数[14].3 均衡式路由方案采取数据中继传输的方式，每个节点将感知到的数据包和自身剩余能量情况，通过多跳传输到Sink节点，即基站.根据机会路由的思想，提出一种均衡性指标d/Ph 作为均衡式路由的选择依据，其中d表示节点到下一跳节点的距离，Ph表示下一跳节点的能量捕获功率.这里近似认为节点能量捕获功率Ph为各停留点捕获功率的叠加.这种均衡性指标的合理性体现在Ph越大，节点可负荷能力相对更强，而d 越小可以使发送数据包的能量消耗越少，因此指标越小的节点是多跳中继过程中优先考虑的节点.本文采用一种基于节点分层的均衡性路由策略进行数据中继传输，命名为LBR(Layer-based Balanced Routing)，具体路由策略如算法1.4 移动能量源充电方案作为能量源充电方案的前提，上述LBR路由方案保证了同一层内节点剩余能量的相对均衡.对于不同层的节点间剩余能量的均衡性，下面提出一种充电方案进行优化.经过节点数据中继传输，无线充电小车通过基站了解各节点的能量损耗情况，记节点i在数据传输过程中消耗能量为能量源就绪后，小车从基站(第0层)出发，根据网格的分层情况，沿六边形路径由内层向外层移动，在各网格的中心点停留充电，同层中各停留点停留充电时间相同.如图3所示，在小车移动过程中，1号点至6号点作为第一层停留点，7号点到18号点作为第二层停留点，以此类推.其中，标号为p的停留点(p=1,2,…,M)，由3k2+3k+1≥p>3k2-3k+1知，其所处层数根据本文提出的分层方案，设第k层节点数目为从第1层开始由内向外，以最小化相邻两层节点剩余能量的方差作为目标函数，每相邻两层建立数学模型，同时节点的最终剩余能量满足约束E0+Eh-Ec≥Emin.通过考察目标函数的极值点，从k=1开始依次求得相邻两层各停留点停留时间之间的函数关系，即tk=fk,k-1(tk-1)〗，根据约束条件最终得到各停留点的充电时间分配方案.忽略小车在移动过程中消耗的时间，具体模型如下将E0+Eh(i)-Ec(i)≥Emin化简得：tk≥(4)其中表示第k层节点i于第k-1层停留点的能量捕获功率，表示节点i于第k层停留点的能量捕获功率.设当k=1时tk-2=0，将目标函数对tk求导得：(5)由于tk与tk-1间呈线性关系，不妨设tk-2=H(k-1)·tk-1+G(k-1)，其中H(k-1)和G(k-1)为常数.令(6)B(k)=(7)C(k)=(8)则A(k)·tk+B(k)·tk-1+C(k)=0⟺(9)在充电时间受限的情况下，假设给定小车充电总时间的初值T，首先根据式(4)求解得到t0,t1,…,tL的初值，然后从第1层开始由内向外逐层比较判断与的大小，重新调整外层的时间，取tk=(10)直到无法满足总时间约束由此可以确定小车移动过程中各停留点的停留充电时间，同时规避了节点剩余能量小于能量阈值的情况.由于通过求解相邻两层节点剩余能量均衡化问题得到各层充电时间的函数关系，故将该算法命名为ALBC(Adjacent Layer Balanced Charging)算法，其时间复杂度为O(N),具体的实现过程归纳如算法2.5 仿真实验与性能评价本文使用MATLAB进行仿真实验，设置网络中节点剩余能量的标准差为评价指标，主要考察联合使用LBR路由方案和ALBC充电时间分配算法的策略(ALBC-LBR)的性能，与文献[12]和文献[15]的策略进行对比，分析节点剩余能量均衡性的情况.主要包括以下四个实验：(1)通过改变节点数目研究节点剩余能量均衡性；(2)分析小车在各层停留点的充电时间随层数的变化(3)分析各层内节点剩余能量标准差随层数的变化；(4)调整能量阈值探究节点剩余能量均衡性的变化趋势.参照文献[12]中的参数配置情况，表1列举了仿真实验的参数取值.表1 仿真参数配置参数符号取值监测区域面积D14400m2网格层数L9初始能量E02J节点工作能量阈值Emin0.9,1.1,1.3,1.5,1.7,1.9J能量捕获参数α4.32×10-4短距离能量捕获调整参数ε0.2316充电半径d05m数据包长n100bits广播包长nb25bits数据发送间隔τ20s传感器节点数目N300,350,400,450,500,550节点电路正常工作能耗βr50nJ/bit节点发送数据能耗βt10pJ/(bit·m2)5.1 节点剩余能量均衡性随节点数目的变化首先，设置能量阈值为1.9J，在区域内随机均匀生成300、350、400、450、500和550个节点，每个节点以相同速率生成1000个数据包并以多跳中继的形式发送至基站，在充电时间充足的条件下进行500次仿真实验后得到节点剩余能量标准差的平均值作为实验结果，观察节点剩余能量标准差随节点数目的变化情况，如图4所示.可以发现，相较文献[12]和文献[15]提出的充电策略，对任意数目的节点，ALBC-LBR策略所得节点剩余能量的标准差均低于文献[12]和文献[15]策略得到的标准差，这是因为ALBC-LBR对相邻两层节点剩余能量的标准差进行了建模优化以确定充电时间，而文献[12]和文献[15]中仅考虑了每一层节点平均消耗的能量.同时本文中对于每一层节点均设置了能量阈值以确保其存活.对比文献[12]和文献[15]的实验结果，ALBC-LBR策略明显地提高了节点剩余能量的均衡性，以节点数为300为例，节点剩余能量的标准差分别降低了近39.88%和34.48%.5.2 小车各层平均充电时间分配情况设置节点数为300，同上进行500次仿真实验后得到小车在各层单个停留点停留时间的平均值作为实验结果.小车各层停留点的充电时间随层数的变化如图5所示，可以发现层数越小充电时间越长.这是由于层数越小的节点越靠近基站，工作负荷越大，能量需求越大，因此小车在层数较小的停留点充电时间相对较长.相反地，层数较大的节点在工作中消耗的能量较少，小车停留充电的时间也相应较短.5.3 各层节点剩余能量均衡性情况同上进行500次仿真实验，分析各层内部节点剩余能量标准差情况，如图6所示.可以发现，由于越靠近基站的节点累积工作负荷较大，经过能量捕获后其总体剩余能量的差异度也相对明显，故里层的节点剩余能量相对不平衡些，总体上变化趋势较为平缓，而小车在同一层各停留点的充电时间相同，从而证明了分层中继的均衡式路由策略的稳定性.5.4 节点剩余能量均衡性随能量阈值的变化考虑不同能量阈值对节点剩余能量均衡性的影响，随机均匀生成300个节点，分别设置能量阈值为0.9J、1.1J、1.3J、1.5J、1.7J和1.9J，在充电总时间受限的条件下，通过500次仿真实验，得到不同能量阈值条件下对应的节点剩余能量标准差，如图7所示.可以发现，节点能量阈值越高，节点剩余能量越不均衡.这也是合理的，因为当节点能量阈值提高，各层节点的最短充电时间变大，对于原来所需充电时间较小的节点，其充电时间偏离了最优的均衡值，故而使得能量均衡性相对变低.同时，文献[12]和文献[15]中充电算法中能量阈值的提高会带动充电时间的增加使得节点剩余能量更均衡，但导致节点的存活率下降.相较其实验结果，本文采用的ALBC-LBR策略，对于不同的能量阈值，均可明显降低节点剩余能量的标准差，提高节点剩余能量的均衡性.但本算法仍存在不足，当能量阈值设置过大时，由于充电总时间受限，ALBC-LBR会首先保证所有节点的存活，但导致外层节点能量的标准差上升甚至与文献[12]和文献[15]中算法结果持平.这也是合理的，因为在网络供能不足的情况下，节点的存活率比能量的均衡性更为重要.6 结束语本文考虑RF-EHN中移动能量源均衡充电问题，由于不同位置传感器节点的能耗不同，充电时间的分配也相应调整.首先以基站为原点将网格分层，考虑节点的归属情况，设计了一种基于节点分层的均衡式LBR路由，建模出移动充电过程中节点剩余能量方差最小化问题，并提出一种ALBC充电时间分配算法，为解决该问题提供理论基础.仿真结果显示，相比已有的均衡化方案，该策略可以有效提高节点剩余能量的均衡性.在实际系统中对该策略进行验证，是今后的研究方向.参考文献【相关文献】[1] 戴世瑾,李乐民.高能量有效性的无线传感器网络数据收集和路由协议[J].电子学报,2010,38(10):2336-2341.Dai S J,Le-Min L I.A high energy-efficient data collecting and routing protocol for wireless sensor networks[J].Acta Electronica Sinica,2010,38(10):2336-2341.(in Chinese)[2] 徐骥,朱艺华,田贤忠,等.无线传感器网络中利用随机网络编码的低能耗可靠机会路由[J].电子学报,2016,44(8):1799-1805.Ji X U,Zhu Y H,Tian X Z,et al.Energy-efficient reliable opportunistic routing applying random network coding for wireless sensor network[J].Acta ElectronicaSinica,2016,44(8):1799-1805.(in Chinese)[3] 张德干,赵晨鹏,李光,等.一种基于前向感知因子的WSN能量均衡路由方法[J].电子学报,2014,42(1):113-118.Gan Z D,Peng Z C,Guang L I,et al.A kind of routing protocol based on forward-aare factor for energy balance[J].Acta Electronica Sinica,2014,42(1):113-118.(in Chinese)[4] Fu L,Cheng P,Gu Y,et 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移 动充 电器 （ ＭＣ ） 个数有 限的情况下均衡 网络 中节点 的剩余能量 ， 提 高 网络 的性 能。提 出了一种基 于移动数据 收集 和移 动充
电相结 合的全网能量 均衡 机制 Ｍｓ Ｍｃ Ｅ Ｂ Ｐ 。Ｍｓ Ｍｃ Ｅ Ｂ Ｐ包括 ２个 部分 ， 即移 动充 电策 略 Ｍ Ｃ Ｓ和 移动 数据 收集 策 略 ＭＤ Ｃ Ｓ 。在 Ｍｓ Ｍｃ Ｅ Ｂ Ｐ中 ， 首先将整个网络划 分为若干个子区域 ， 然后为每一个 子区域分配一个 ＭＣ 。ＭＣ不仅担任充电器 ， 还担任数据收集 器 。Ｍ Ｃ Ｓ旨在为网络 中能量消耗较高 的节点进行能量补充并且 由 ＭＣ收集各个 区域的数据 。ＭＤ Ｃ Ｓ旨在解决 Ｓ ｉ ｎ ｋ如何从 ＭＣ
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第３ ６卷 第 １ ０期 ２ ０ １ ５年 １ ０月
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中图分类号 ： Ｔ Ｐ ２ １ ２ ． ９ 文 献标 识 码 ： Ａ 国家标准学科分类代码 ： ５ １ ０ ． ５ ０
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处收集数据。最 后 ， 对 Ｍｓ Ｍ ｃ Ｅ Ｂ Ｐ进行 了模拟仿真。仿 真结果表 明 ， Ｍｓ Ｍｃ Ｅ Ｂ Ｐ具 有较好 的性能 ， 在网络寿命结 束时 ， 网络 中所有
节点的剩余能量都趋近于 ０ 。并且在数据精确度要求不高的情况 下 ， Ｍｓ Ｍｃ Ｅ Ｂ Ｐ可以实现网络的永久运作 。 关键词 ： 可充 电型无线传感器网络 ； 移动数据收集 ； 移动充 电； 剩余 能量 均衡
Ｒ ＷＳ Ｎ 中 一 种 基 于 移 动 数 据 收 集 和
移 动 充 电 的 全 网 能 量 均 衡 机 制
陈雪寒 ， 陈志刚 ，曾 锋 ，张魏斌
（ 中南大学软件学院 摘 长沙 ４ １ ０ ０ ７ ５ ）
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要： 已有研究显示 ， 可充 电型无线传感器 网络 （ Ｒ ＷＳ Ｎ） 为解决传统 网络 中节点能耗不均衡 等问题 提供 了新 的思路 。为了在
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