[发明专利]一种协作式无线传感网能量补充方法及其无线传感网

说明书

本发明提出一种协作式无线传感网能量补充方法，使用了一种层次式结构实现多个移动充电器之间的协作，旨在为大规模无线可充电传感网补充能量。本发明使用了多个移动充电车，并将移动充电车划分为两类，一类为普通的移动充电器，负责为传感器充电，另一类为超级充电器，负责为普通移动充电车充电。本方法通过多个充电器的协同工作，增大了充电容量，也能充分缩短网络整体的充电时间，保证了网络能够长久运行。

技术领域

本发明属于无线传感网技术领域，尤其涉及一种协作式无线传感网能量补充方法。

背景技术

无线传感网络中，传感器节点收集信息和传递数据都需要消耗能量，而节点本身携带的能量有限，虽然可以利用一些节能方式降低传感网络能量的消耗，但是随着时间的推移，节点会因为能量的消耗殆尽而停止工作，影响无线传感网络的正常工作。节点的能量问题成为了部署传感器网络的一个重大的阻碍因素，为了解决这个问题，研究人员尝试从环境当中让节点去收集能量。然而从环境中获取的能量是很难预测的，而且很不稳定。例如，获取的太阳能通常会受到很多因素的影响，包括时间、天气、季节等。这对于传感器的正常运行来说是低效的，所以设计一种高效的稳定的充电方式，保持传感器的运行是一个比较重要的任务。基于强耦合磁共振技术的无线能量传输是一种很有前景的技术，它是将能量从一个存储设备传输到另一个设备，而无需插头或电线，从根本上解决无线传感器网络能源和寿命问题。与其他无线能量传输技术相比，强耦合磁共振技术具有明显的优势，这种方式不仅能量传输效率高，而且基本不会受到环境的影响。由于传感器节点在地理上分布比较广泛，需要使用能够移动的设备移动到节点的附近进行能量的补充，所以使用移动充电设备给节点补充能量的方案应运而生。

在大规模的无线传感器网络中，单个移动充电器难以满足整个网络的充电需求。问题在于，当有大量需要充电的节点存在时，单个移动充电器携带的电量容量难以满足所有待充电节点的需求。随着待充电节点数量的增多，移动充电器的总旅行距离也随之增大，充电器携带的供移动的驱动电能有限，使之不一定能满足所有节点的能量补充需求。为了使移动充电器能一轮接一轮的实施充电，在一轮充电结束之后，移动充电器需要回到充电补给站。大规模网络中传感器节点数量多、分布范围广，相距距离远等因素也增大了问题解决的难度。同时，待充电节点的剩余电量不尽相同，能量消耗的功率不同，数据收集的负载不同，导致节点需要充电的紧急程度也有所不同。因此，在大规模的无线传感网中，通常使用多个移动充电器为传感器进行充电。而最近新发明的一种超级充电器，可以为这些移动充电器充电，使得无线传感网中的有限能量得到了更好的利用。这就需要对移动充电器和超级充电器进行合理和高效的调度，提高移动充电器的充电效率，最大限度延长网络整体的生存时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种协作式无线传感网能量补充方法，应用多个移动充电器对传感器节点进行无线充电，并通过超级充电器保证移动充电器的能量供应，以确保传感器节点都能在其能量耗尽之前得到充电。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案。

一种协作式无线传感网能量补充方法，其特征在于：具体包含如下步骤：

步骤1：无线传感网中分布的N个传感器定时向基站发送信息，汇报自身剩余的能量，若节点能量低于阈值基站则将该节点标号加入待充电集合V_C中，为传感器的初始电量，其中，α＝0.1；

步骤2：使用基于距离的聚类算法k-means将V_C划分为M块，其中V_i为第i块，i＝1,2,…,M，且V_C＝V₁∪V₂∪…∪V_M，每一块对应一个移动充电器Mobile Charger，MC；