[发明专利]一种可充电传感器网络中睡眠调度来满足需求的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可充电传感器网络中睡眠调度来满足需求的方法，属于通信设备睡眠调度技术领域。

背景技术

工业无线传感器网络(IWSNs)基于物联网(IoT)的大背景下，近年正逐渐被使用到各行各业，由于传感器节点价格低廉、外形小、方便布置，对于那些由于危险建筑物和环境障碍物隐蔽处太多而不能部署常规有线传感器网络的复杂环境来说，无疑是最理想的选择。利用无线设备自组织形成通信网络，检测复杂环境的状态。无线传感技术的出现以及发展引起了全世界范围的关注，因此被称为二十一世纪最有影响力的技术之一。

然而，无线传感器设备的能量不足成为限制其发展可能的重要因素，无线传感器节点一旦被布置在复杂环境下，由于其自身电池能量有限，而更换电池的花费是昂贵的也是不切实际的。因此，为了保证满足传感器节点正常工作，延长无线传感器网络的生命周期逐渐成为当前热门的研究话题。

无线能量传输(WET)技术的提出就是为了解决该类问题，利用可再生资源，如太阳能电池板，风力发电等，转化成可利用资源并存储，再将可利用能量传输给周围智能设备以供使用。以及新兴的无线能量通信网络(WPCN)，可以在下行链路广播无线能量包，然后采用TDMA在上行链路发送信息回到混合介入点。这种方法可以通过联合优化分配无线功率和信息能量传输时间，研究网络吞吐量的最大化。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种一种可充电传感器网络中睡眠调度来满足需求的方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种可充电传感器网络中睡眠调度来满足需求的方法，其特征在于：包括步骤如下：

步骤一：网络初始化；

步骤二：计算网络能量获取和吞吐量；

步骤三：执行改进的睡眠调度算法；

步骤四：提供用户合理推荐。

所述步骤一包括：无线充电层和无线传感器节点层；无线充电层被划分为同等大小的正方形网格，无线充电点被布置在各个网格的顶点，向周围网格内的无线传感器节点传输无线能量；无线传感器节点层随机布置若干无线传感器节点，无线传感器节点具有激活和睡眠二种状态；网格内的无线传感器节点接受来自所在网格四个顶点的无线充电点发出的能量。

所述步骤二包括：网格内无线传感器节点获得的能量为所在网格四个顶点的无线充电点无线传输能量之和，无线充电点利用可再生能源，转化为可利用资源，用来自身消耗以及传输给周围的设备；激活的节点会通过路由树传输收集到的数据到基站，所有节点执行CSMA/CA策略。

所述能量获取公式如下：无线传感器节点获得来自所在四个网格顶点无线充电点发出的能量之和Q，节点获得的来自某个顶点的能量Q_i，i＝1，2，3，4，计算公式如下：

Q_i＝α×P_r＝α×P_t×D^-α×G_A，其中，α为能量转换效率，P_r为无线充电点发射的能量功率，P_t为无线传感器节点接收的能量功率，D为无线传感器节点距离无线充电点的距离，G_A为发射接收的结合信号强度；

因此，某个无线传感器节点获得的能量之和为Q，公式如下：

其中Q₁，Q₂，Q₃以及Q₄在其他参数相同的情况下，取决于节点离各个网格顶点的距离。

所述吞吐量公式如下：

其中，Ps表示节点成功传输数据包的概率，St表示网络的吞吐量，n是网络中激活的节点数，p是在插槽内发送数据包从一个站点到另一个站点的概率，λ是约束分数λ＜1，C是连续空闲插槽的平均数目。

所述步骤三包括：考虑到网络中能量的均衡和吞吐量的需求变化，以及延长网络的生命周期，网络中的无线传感器节点按照改进的CKN算法进行睡眠调度，对于那些自身能量和获取能量之和都不足以支持当前周期工作的节点，会直接进入睡眠状态；剩下的能量充足的节点，按照CKN的睡眠规则选择进入激活和睡眠状态；在一个周期完成后，需要更新所有无线传感器节点的状态即电池内能量。