[发明专利]一种基于能量分布密度的无线充电方法及充电系统

说明书

本发明公开了一种基于能量分布密度的无线充电方法及充电系统，该方法采集无线传感器网络中每个网络节点当前的剩余能量和位置信息，并计算出能量密度；再根据网络节点的能量密度大小选择出能量密度高的网络节点作为聚类中心，并依据距离最近原则将剩余网络节点分配至聚类中心；然后计算每个聚类中心的聚类范围内每个网络节点的充电服务时间，并得到每个聚类中心对应的充电服务时间；进而根据聚类中心的位置信息以及聚类中心的充电服务时间生成移动充电策略，并根据移动充电策略遍历聚类中心进行充电。其中，同时考虑到能量信息和位置信息得到表示能量分布的能量密度，降低了移动开销，同时保障低电量节点能量及时供应，延长了整个网络的生命周期。

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，具体涉及一种基于能量分布密度的无线充电方法及充电系统。

背景技术

随着无线传感器网络的发展和普及，保障整个网络节点的能量补充是重中之重的任务之一。虽然传统的无线充电方式可以实现基本的传感器节点能量补充，但其设计过程中并没有考虑到较大规模、密集部署环境下传感器节点的迫切供能需求。根据同时充电的节点个数，传统的无线充电系统可分为一对一无线充电系统和一对多无线充电系统。对于一对一的无线充电方法，遍历每个待充电的节点虽然可以达到较高的充电效率，但在网络规模较大、节点密集部署的无线传感器网络中，往往会导致移动充电装置产生大的移动损耗，且可能会出现某些待充电节点因等待时间过长而电量过低、无法正常工作的现象，影响了整个无线传感器网络的寿命。对于一对多的无线充电方式，同时给多个节点进行无线能量传输可以提高电磁利用率，但距离无线充电装置停留位置较远的节点能量传输效率较低，因此如何设计合适的移动充电装置停留位置至关重要。

传统的一对一无线充电方法也会分析节点能量的动态变化，但其设计过程中并没有考虑节点的能量分布情况。传统的一对多无线充电策略大多针对结构相对简单的小型网络设计，而大规模、密集部署的无线传感器网络中，节点分布随机性强、能量水平差异大，若采用传统的一对多充电策略，由于忽视了这些新的网络特征，不同时考虑网络节点分布和能量分布的不均衡性，从而导致节点供电不及时、充电开销过大等问题，造成网络电量不足，影响其正常工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于能量分布密度的无线充电方法及充电系统，其同时考虑到网络节点分布和能量分布，降低了移动充电装置的开销，保证低电量节点的能量得到及时补充，延长整个无线传感器网络的寿命，尤其是在较大规模、密集部署的无线传感器网络能量供应中效果突出。

一方面，本发明提供的一种基于能量分布密度的无线充电方法，包括如下步骤：

S1：采集无线传感器网络中每个网络节点当前的剩余能量和位置信息；

S2：根据每个网络节点的剩余能量计算每个网络节点的能量密度；

网络节点的能量密度为在距离所述网络节点的预设范围内剩余能量高于所述网络节点剩余能量的网络节点个数；

S3：根据网络节点的能量密度大小选择出能量密度高的网络节点作为聚类中心，并依据距离最近原则将剩余网络节点分配至聚类中心；

作为聚类中心的网络节点以及分配至同一聚类中心的网络节点构成了所述聚类中心的聚类范围内的所有节点；

S4：计算每个聚类中心的聚类范围内每个网络节点的充电服务时间，并得到每个聚类中心对应的充电服务时间；

每个聚类中心的充电服务时间为所述聚类中心的聚类范围内网络节点的充电服务时间最大值；

S5：根据聚类中心的位置信息以及聚类中心的充电服务时间生成移动充电策略，并根据所述移动充电策略遍历聚类中心进行充电；

其中，所述移动充电策略为根据聚类中心的位置信息以及聚类中心的充电服务时间生成旅行商问题并求解，所述移动充电策略包括每个聚类中心的位置信息、停留时间、以及聚类中心的遍历顺序。