[发明专利]WRSNs中基于网格结构的分层网络充电方法

说明书

本发明涉及一种WRSNs中基于网格结构的分层网络充电方法及系统，本分层网络充电方法包括：步骤S1，构建分层网络；步骤S2，在分层网络基础上对分层网络中各传感器节点依次、分别进行充电。本发明充分利用了层次型网络拓扑的优势提高网络本身的路由性能；并且实现了节点能量的及时补给保证每个网格中节点的剩余能量总是高于给定阈值，从而使网络运行在高效状态、延长了网络生命期；另外，本发明还具有计算简单的优点，能满足大规模网络应用。

技术领域

本发明属于无线传感器网络充电技术，具体地本发明涉及一种在网格划分基础上根据节点的能量消耗和充电器的移动速度决定充电器在各个网格中的充电时间达到均衡网络中节点能量消耗、延长网络生命期的方法及系统。

背景技术

由于传统无线传感器网络中传感网节点的电量有限、电池更换困难，随着网络的运行和节点能量的耗尽，容易造成网络分区和网络性能的下降。无线可充电传感器网络(WRSNs)通过无线的方式对网络中的节点进行能量的补给，有效的缓解因节点能量耗尽导致的网络性能降低问题，延长了网络生命期。

虽然WRSNs中无线充电算法研究取得了很大进展，但仍存在以下问题：

1、多采用平面型网络拓扑，没有充分利用层次型网络拓扑的优势提高网络本身的路由性能；

2、计算复杂，控制开销较大，无法满足大规模的网络应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种分层网络充电方法及系统，以缓解传统无线传感器网络中节点因能量耗尽导致的网络性能下降和网络寿命较短问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种分层网络充电方法，包括如下步骤：

步骤S1，构建分层网络；

步骤S2，在分层网络基础上对分层网络中各传感器节点依次、分别进行充电。

进一步，所述步骤S1中构建分层网络，即在矩形部署区域内建立起基于网格结构的分层网络，各传感器节点计算自己的层级号并构建各传感器节点与Sink节点间的路由路径；以及

步骤S2中在分层网络基础上对分层网络中各传感器节点依次、分别进行充电，即充电器沿预设轨迹、速度移动，依次在各网格的中心点处停留，为该网格中的传感器节点充电，并在完成对当前网格中传感器节点的充电后，继续移向下一个网格进行充电。

进一步，所述建立基于网格结构的分层网络的方法包括：

步骤S11,在L*L的矩形部署区域采用笛卡尔坐标系，以网络的中心为坐标原点；

步骤S12，根据传感器节点的通信半径R_sensor、充电器充电半径R_charger，将整个网络划分为若干个正方形且边长为α的网格，各传感器节点适于在分层网络中根据自己的位置信息计算出相应的层级号。

进一步，传感器节点适于在分层网络中根据自己的位置信息计算出层级号的方法包括：

设传感器节点i的坐标为(x_i,yi)，则传感器节点i所属层级号H_i为：

式(1)中，| |为取绝对值，为上取整，x_i、y_i为传感器节点i的横坐标和纵坐标。

进一步，所述步骤S1中各传感器节点构建与Sink节点间的路由路径的方法包括：

传感器节点适于选择邻居传感器节点中位于下一层级的剩余能量最大且距离Sink节点最近的传感器节点为自己的下一跳传感器节点，即