[发明专利]一种多充电节点的无线传感器网络充电方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络能量传输领域，特别是涉及一种多充电节点的无线传感器网络充电方法。 

背景技术

    基于磁谐振和磁耦合的无线能量传输技术的发展，以及近些年在超快充电电池材料研究方面的突破，使得在无线传感器网络中部署移动的充电节点（又称充电小车）来实现网络中传感器能量补充的研究备受关注。

无线传感器网络大多应用于监测领域，网络中部署的成百上千的传感器被用于采集数据并将数据通过自身通信模块直接或者经多跳传递给基站，由基站把信息汇总并传递给监测人员，达到监测目的。信息传递过程包含了数据的处理、融合以及节点间通信，这些都是传感器能量消耗最主要的来源。

为保障监测周期内无线传感器网络（WSNs）的持久工作，网络中传感器能量不至于耗尽，必须建立一种实用而有效的方法来对网络中传感器节点实时充电，并实现充电小车最优调度，使得每次充电任务中充电小车的总耗费最少。

2011年，Y. Shi在文献On renewable sensor networks with wireless energe transfer.Proc.of INFOCOM,IEEE,2011中提出在WSNs中，部署一个充电小车，通过周期性地拜访网络中的每个传感器来实现传感器能量的补充，其时隙固定，使用受到限制。

对于部署多个充电小车的无线传感器网络的相关充电方法的研究，主要涉及两个方面的问题：一是为使总耗费最少而进行的最短路径选取，二是多个充电小车的行程安排。

发明内容

为摆脱传统方法中由于固定时隙充电带来的限制，本发明提出了一种多充电节点的无线传感器网络充电方法。

本发明之多充电节点的无线传感器网络充电方法是基于各充电小车的独立性而设计的自适应充电方法。

自适应充电方法是在一个无线传感器网络WSNs中，各充电小车之间互不影响，相互独立，各自在领域范围内执行充电任务，并能够自动选择充电行程的开始时间，每完成一次充电任务，会重复以上工作，并不受时隙条件的限制，也不受其他充电小车的影响。

由于各个充电小车之间相互独立，方法复杂度也会局限在部署一个充电小车时方法的复杂度等级。

本发明所采用的技术方案是：

一种多充电节点的无线传感器网络充电方法，包括如下步骤：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。

进一步，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。

进一步，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；