[发明专利]一种适于无线可定位传感网络的节点优化部署方法

权利要求书

1.一种适于无线可定位传感网络的节点优化部署方法，其具体步骤如下：

步骤1：构建无线可充电传感器网络系统，系统由移动充电器、传感节点、普通节点和服务站四部分组成，以提升系统的定位精度和充电效率、扩大覆盖范围为目标，并基于市场化的普及程度，选用偶极子天线作为移动充电器、传感节点和普通节点的天线，依据经典电磁场理论，获取分立状态下的偶极子天线增益估计模型；

步骤2：以无线可充电传感器网络充电场景和定位需求为基础，将分立状态下的两个偶极子天线增益估计模型纳入到同一笛卡尔坐标系，结合三维空间的坐标轴旋转公式，获取联立状态下的双偶极子天线位姿增益表达式和场强估计模型；

步骤3：在步骤2中的充电场景中，部署一个移动充电器和若干个传感节点，传感节点的初始位置已知，根据传感节点初始位置确定移动充电器的行经路径，通过周期性的运行移动充电器为处于其充电半径内的所有传感节点进行充电，将充电器行经一圈所用的时间定义为T，表示为其中τ_path是路径运行时间，τ_i是停留时间，S表示停留位置；

步骤4：以优化充电场景下传感节点的充电时间为目标，在充电周期T的每个时刻t_in获取充电器与传感节点的传输能量值P_in，将低于充电阈值P_th的时刻点之和记为充电失活时间T_{lost_time}，充电失活时间越小，说明充电器对传感节点的充电效率越高，定义充电失活时间函数为t_{P_in＜P_th}为充电器传输能量值小于充电阈值的时刻点，M为传感节点的个数；

步骤5：以提高定位系统的定位精度和覆盖范围为目标，根据Friis传输方程，建立满足发射链路和接收链路条件的WRSNs系统通信链路模型，假设N为普通节点的个数，第n个普通节点收到第m个传感节点天线的辐射功率值为第m个传感节点接收到第n个普通节点的反向散射功率值为发送链路中的普通节点灵敏度阈值为P_T，接收链路中的传感节点灵敏度阈值为P_R，则普通节点成功被识别的两个条件为和其中m∈[1，M]，n∈[1，N]；

步骤6：结合步骤5所提通信链路模型，通过传感节点与普通节点之间的通信，定义第n个普通节点的几何精度因子为GDOP_n，定义第n个普通节点的覆盖因子为G_n，仅当时，G_n＝1，否则G_n＝0，其中D_n，m是表示发送链路与接收链路能否正常通信的链路因子，根据几何精度因子与覆盖因子从而获得定位程度评价函数f₂与覆盖程度评价函数f₃，且有

步骤7：设计基于信息正迁移机制的多任务进化算法(Mulitifactorial evolutionaryalgorithm，MFEA)优化步骤4和步骤6所提出的WRSNs目标函数f₁、f₂和f₃，并将三个优化目标函数作为三个独立的任务同时优化，由于MFEA算法中任意两个随机选择的种群擅长的任务之间必须具有关联性才能进行交叉，为了提高多任务之间的关联性使其在最终优化过程中提供有效的遗传因子，引入信息正迁移机制，在多任务统一搜索空间内，当一个任务作为主任务时，为其他几个任务配置相应的权重使其与主任务目标函数的搜索空间一致，从而在优化过程中为主任务提供正向的遗传因子协助主任务进行优化，整个算法基于种群搜索的隐含并行性，通过挖掘多个任务之间的潜在遗传性互补以寻求最优解。

2.根据权利要求1所述的适于无线可定位传感网络的节点优化部署方法 ，其特征是联立两个偶极子天线增益估计模型在同一笛卡尔坐标系下，获得双偶极子天线增益估计模型，定义充电器天线的坐标为(x_R，y_R，z_R)，姿态为传感节点天线的坐标为(x_T，y_T，z_T)，姿态为表示充电器天线的俯仰角，表示充电器天线的旋转角，同理，表示传感节点天线的俯仰角，表示传感节点天线的旋转角，其中增益角和旋转角能够保证传感节点的充电覆盖率和普通节点的识别率，通过推导获得充电器天线和传感节点天线位姿增益表达式分别为其中两天线的增益角分别为θ_R＝arccos(Y₁/d)，d为传感节点天线到充电器天线的距离，x_R，T＝x_R-x_T，y_R，T＝y_R-y_T，z_R，T＝z_R-z_T。