[发明专利]一种多充电节点的无线传感器网络充电方法

权利要求书

1.一种多充电节点的无线传感器网络充电方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）建立一个WSNs模型：在一大片监测区域内随机部署成百上千个传感器，                                                个充电小车以及对应的个停车场，监测周期为；

传感器构成的集合为,即：，、、分别代表第一、第二、第三个传感器；每个传感器携带电池容量均为，第个传感器的能量消耗率为，低能报警阈值为，且，，表示低能报警阈值占传感器能量的百分比；

为充电小车编号，停在停车场所在位置，，，、分别表示位置的二维地图坐标，为充电小车的个数；基站用于收集传感器信息，与充电小车通信；停车场用来为充电小车补充能量；各充电小车的电池容量均为，移动速度为稳定值，各充电小车给一个传感器充电时间为固定值；

（2）划分每个充电小车的领域范围；

（3）各充电小车执行充电任务。

2.根据权利要求1所述的多充电节点的无线传感器网络充电方法，其特征在于，所述步骤（2）中，划分每个充电小车的领域范围的具体步骤为：

（2.1）生成扩展节点：将传感器网络中的个充电小车及所在停车场用一闭合的回路包围起来，回路内部不包含其他传感器节点，则回路即为扩展节点；

（2.2）以扩展节点为根节点，传感器节点为树枝节点生成最小生成树；

（2.3）分解最小生成树：以个停车场为根节点，将最小生成树分解为个不相交的有根树，每个有根树的节点总数上限为：，其中为传感器网络中传感器节点的总数，为充电小车的个数，代表向上取整；代表传感器网络中传感器节点总数；

（2.4）将每个有根树的树枝最外围节点进行连接形成个回路，回路代表第个充电小车的领域范围。

3.根据权利要求1或2所述的多充电节点的无线传感器网络充电方法，其特征在于，所述步骤（3）中，各充电小车执行充电任务的具体步骤为：

（3.1）充电小车接收报警传感器节点总数及已报警节点编号，并初始化：，其中为接收到的报警传感器节点总数，为已报警传感器节点编号；

（3.2）充电小车开始接收低能传感器发出的报警信号，充电小车接收报警信号后更新的值，并并对每个值生成最短充电路径，充电小车计算能量判别向量，为接收到的报警传感器节点总数，为已报警传感器节点编号；

（3.3）若能量判别向量的元素，，其中，为接收到的报警传感器节点总数，为已报警传感器节点编号，代表每个传感器电池容量，则按最短充电路径执行步骤（3.4），否则返回步骤（3.2）；

（3.4）执行充电任务：即充电小车开始对传感器进行充电；

（3.5）充电小车判断其自身是否需要返回停车场补充能量，若需要，则充电小车返回停车场补充能量；否则，返回步骤（3.2）。

4.根据权利要求3所述的多充电节点的无线传感器网络充电方法，其特征在于，所述步骤（3.2）中，最短充电路径的生成方法为：所有已报警传感器集合为，以充电小车为起点，在和充电小车相连的条路径中选取出欧式距离权值最小的一条路径，连接充电小车和另一已报警传感器节点，接着以传感器节点为起点，在与其相连的除去路径外的剩余条路径中选取出欧式距离权值最小的一条路径，连接已报警传感器节点和已报警传感器节点，以此类推，得到一个以充电小车为起点经过个待充电传感器节点的最短充电路径。

5.根据权利要求3所述的多充电节点的无线传感器网络充电方法，其特征在于，所述步骤（3.2）中，能量判别向量的含义为：假设接收到个报警信号时开始充电任务，并且安排对第个已报警传感器节点最后进行充电的情况下其最少剩余能量所组成的向量。

6.根据权利要求5所述的多充电节点的无线传感器网络充电方法，其特征在于，所述步骤（3.2）中，能量判别向量的的形式为：，；能量判别向量的元素的计算方法是：，其中是低能报警阈值，设定阈值为，其中代表每个传感器携带电池容量，是第个已报警传感器节点的能量消耗率，为接收到的报警传感器节点总数，D是所对应的最短充电路径的总长度，是充电小车的移动速度，是对每个传感器充电所需时间，为恒定值，是充电小车计算向量元素的当前时刻，是充电小车所记录的第个报警传感器节点的报警时刻。

7.根据权利要求3所述的多充电节点的无线传感器网络充电方法，其特征在于，所述步骤（3.5）中，充电小车判断其自身是否需要返回停车场补充能量的依据为：小车剩余能量，为假设充电小车再次执行充电任务并回到停车场后的剩余能量，为小车电池容量；

计算依据为：，其中为小车当前判断时刻剩余能量，为小车从再次完成充电任务所在位置回到停车场所消耗的能量，为小车受外界环境影响而产生的额外能量损耗，为再次充电任务预期消耗能量；

计算依据为：，其中为单位路程小车的能量耗费，为接收到报警传感器节点总数，表示充电小车作出判断时刻已经解除报警的传感器节点总数，为充电小车作出判断时刻对应生成最短路径的总长度， 为第个报警传感器节点的剩余能量，为第个报警传感器节点的剩余能量， 为第个报警传感器节点的剩余能量，代表传感器携带电池能量。