[发明专利]一种射频能量源布置与发射功率设置方法

说明书

一种射频能量源布置与发射功率设置方法，针对已知节点位置、节点的能量捕获功率需求值、射频能量源候选布置位置以及待布置的能量源个数的情况，利用启发式算法来选择能量源的布置位置和发射功率；该算法首先随机选取能量源的摆放位置，并通过求解以能量源发送功率为优化变量的线性规划问题，得到当前能量源布置下的各个能量源最优发送功率；然后迭代执行以下能量源布置改善操作：依次对每个能量源，尝试将其布置位置改到某个当前空置的候选布置位置来达到降低能量源总供能功率；该迭代操作一直执行到找不到更优的能量源布置位置切换为止。本发明的方法实现了射频能量源布置位置以及射频能量源发送功率的合理选取，能达到较小的总能耗。

技术领域

本发明涉及一种射频能量源布置与发射功率设置方法，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

电磁波能作为一种无处不在、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，部署专用射频能量源给节点供电同时调整能量源发射功率，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，节点的能量捕获功率取决于能量源的布置位置。另外，节点往往有能量捕获功率需求值，比如说该值为节点的平均功耗，实际捕获功率超出需求值的多余部分，不会带来任何效益。因此，针对已知节点位置、节点的能量捕获功率需求值、射频能量源候选布置位置以及待布置的能量源个数的情况，在候选的布置位置集合中挑选合理的布置位置，并对所布置的能量源的发射功率进行调整，联合优化使得能量源总供能最小化，是射频能量捕获网络需要解决的重要问题之一。

发明内容

为了使捕获射频能量的无线传感器网络达到射频能量源总供能最小化的布置目的，本发明根据给定节点位置、节点的能量捕获功率需求值、射频能量源候选布置位置以及待布置的能量源个数的情况，给出了一种射频能量源布置与发射功率设置方法，来达到较小的网络的总消耗功率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方法是：

一种射频能量源布置与发射功率设置方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1.在N个候选布置位置上随机选取K个位置，然后在每个挑选出的位置上摆放一个射频能量源,其中K是有待布置的射频能量源的个数,用符号I_i来刻画是否在第i个候选布置位置上放置一个射频能量源：如果在第i个候选布置位置处布置了一个射频能量源，则I_i＝1，否则I_i＝0；

步骤2.对于i＝1,2,…,M和j＝1,2,…,N,M是捕获射频能量的节点的个数，根据式子(1)计算第i个节点S_i从布置在第j个候选位置上的能量源所能捕获的功率p_i,j,

其中α是由能量源和节点的硬件以及环境确定的常数,d_i,j是第i个节点S_i和第j个候选布置位置之间的距离，P_j表示布置在第j个候选位置的能量源发送功率；

步骤3.求解K个能量源在当前布置位置下的总供能最小化问题，从而得到这K个能量源的各自发送功率，并计算出这K个能量源的总发送功率P_min；

步骤4.将布尔变量a设为FALSE；

步骤5.设置k＝1；

步骤6.设置n＝1；

步骤7.假设将第k个能量源改为布置到第n个空余候选位置；