[发明专利]一种无线供能传感网能量源位置和发送功率优化方法

说明书

一种射频能量捕获无线传感网中能量源位置部署和发送功率配置联合优化方法，对于K个能量源，确定每个能量源的部署位置(x,y)和发送功率p，在满足每个所部署的传感节点的能量捕获需求的同时，达到较低的能量源总发送功率；基于遗传算法，首先将K个能量源位置和发送功率对应到每个粒子的3K维位置向量，然后迭代更新粒子的位置向量和速度向量，当一个粒子对应的方案满足所有节点能量捕获需求时，则粒子的适应度值定义为能量源总发送功率，否则定义为K倍的最大发送功率；当达到规定的迭代次数时，找到较优的能量源位置部署和发送功率配置。该方法能找出较优的能量源部署和发送功率配置，达到较低的能量源总发送功率，节能性较好。

技术领域

本发明涉及一种无线供能传感网能量源位置和发送功率优化方法，该方法适用于传感器节点能够捕获射频能量的无线传感器网络。

背景技术

电磁波作为一种无处不在、绿色环保且可持续的能源，越来越受到学术界和工业界的重视。射频能量捕获无线传感网就是一种捕获环境中的射频能并转化成电能以支持节点持续性工作的新型网络。

但是现阶段射频能量捕获传感器节点捕获环境中的射频能的速率还是非常得低，这是该类新型网络广泛应用的瓶颈之一。为了克服这个弱点，部署专用能量源给节点供电是一种可行有效的方法。由于射频能在传输过程中会损耗一定的能量，即能量源距离节点越远，节点捕获到的射频能越少，因此合理布置每一个能量源，使得网络能最大程度利用射频能，成为一个有重要研究的问题。

同时，从节能环保角度出发，超出节点能量需求的射频能将会白白地浪费，而且能量源也将消耗大量的能源，因此，合理配置各个能量源的发送功率也是一个有意义的问题。

发明内容

为了克服现有射频能量捕获无线传感网的无法最小化能量源发送功率总和、节能性较差的不足，针对网络中射频能量捕获传感器节点已经部署且坐标已知情况，本发明提出了一种节能性较好的射频能量捕获无线传感网中能量源位置部署和发送功率配置联合优化方法，

为了解决上述技术问题，本发明提供如下的技术方案：

一种无线供能传感网能量源位置和发送功率优化方法，包括以下步骤：

(1.1)根据无线传感网中N个给定位置的能够捕获射频能量的传感器节点坐标，确定该区域唯一的最小覆盖圆；其中，N是传感器节点总个数，N个节点的最小覆盖圆是指覆盖了所有N个节点且具有最小半径的圆；

(1.2)用粒子群算法中的一个粒子的位置向量代表一个具体的能量源部署和发送功率配置方案，初始化M个粒子的初始位置向量：对于i＝1,2,…,M,第i个粒子的位置向量为其中K为能量源的个数，第j个能量源的横坐标和纵坐标和为最小覆盖圆中随机挑出的一个点的横坐标和纵坐标，第j个能量源的发送功率为发送电路所支持的发送功率范围内随机选取的一个发送功率；M的取值方式与传统粒子群算法中粒子个数取值方式一样；

(1.3)初始化第i个粒子的初始速度矢量v_i＝0，以及初始化第i个粒子的最优位置向量p_i为它的初始位置向量，即p_i←x_i；

(1.4)对于i＝1,2,…,M，计算出位置向量p_i所对应的K个能量源发送功率总和f(p_i)，然后找出能量源发送功率总和最小的p_i并且将全局最优位置p_g设置为p_i，即p_g←p_i；

(1.5)令t←1；

(1.6)若t≥Iteration_times，则跳到步骤(1.9)，否则根据公式(1)更新第i个粒子的当前速度矢量v_i和位置向量x_i；