[发明专利]基于贪婪子模的无线可充电传感器网络充电器部署方法有效
申请号: | 202010090862.3 | 申请日: | 2020-02-13 |
公开(公告)号: | CN111277951B | 公开(公告)日: | 2021-04-06 |
发明(设计)人: | 徐佳;蔡威;徐力杰 | 申请(专利权)人: | 南京邮电大学 |
主分类号: | H04W4/02 | 分类号: | H04W4/02;H04W16/18;H04W84/18;H02J50/20;H02J7/02;B60L53/12;B60L53/00 |
代理公司: | 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204 | 代理人: | 柏尚春 |
地址: | 210003 江苏*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 基于 贪婪 子模 无线 充电 传感器 网络 充电器 部署 方法 | ||
本发明公开了一种基于贪婪子模的无线可充电传感器网络充电器部署方法,首先根据各个移动小车周期性的移动路线、移动过程中的电量消耗率、在路线上各个监测点的停留时间,以及各个监测点之间的距离等信息,通过以最小化充电功率为目标构建求解无线充电器最优部署方案的0‑1整数规划模型;其次,根据该模型构造了一个单调增的子模函数最后,采用基于该子模函数的贪婪策略迭代式地选出部署无线充电器的监测点位置,从而最终得到部署方案。本发明具有更优的平均充电功耗性能,可以广泛应用于无线可充电传感器网络中采用多个移动小车执行周期性监测任务的应用场景。
技术领域
本发明属于无线可充电传感器网络领域,具体涉及一种基于贪婪子模的无线可充电传感器网络充电器部署方法。
背景技术
无线传感器网络是由随机撒布在监测区域内的大量廉价微型传感器节点,通过无线通信方式形成的一个多跳的无线自组织网络。它能够协作地感知、采集和处理覆盖的地理区域内所要感测对象的信息,并通过用户接口将这些信息发布给最终需要的用户,其在环境监测、智能交通、医疗监护、科学探索、国防军事等领域有着广泛的应用。不同于传统的自组织网络,无线传感器网络的应用场景通常需要系统持续运行较长时间,同时传感器节点的电池能量有限,且复杂的部署环境通常导致节点电池难以进行频繁更换,因此能量效率优化成为了无线传感器网络的首要设计目标。随着无线电能传输技术的快速发展,研究者们考虑将这一技术应用于无线传感器网络,通过无线电磁波充电的方式给传感器节点提供电池能量以保证系统的持续运行,这种支持无线电磁波充电的传感器网络通常被称之为无线可充电传感器网络。
在无线可充电传感器网络中,通常会利用装载了可充电传感器的多个移动小车通过各自特定的周期性行驶路线执行各种数据监测任务,为了保证移动小车能够有充足的电能持续执行数据监测任务,可以考虑采用无线电能传输技术为移动小车提供持续的充电服务。具体地说,可以通过在网络中优化部署多个静态充电器,使得以各自特定的周期性路线行驶的每个移动小车都能够持续不断地执行监测任务。
负责数据监测任务的移动小车有如下几个性质:首先,移动小车都有自己固定且周期性的行驶路径,每一个行驶周期从初始监测点出发,中间经过一系列固定的监测点,一个移动周期结束后会回到初始监测点并继续进行下一个周期的监测任务;其次,移动小车在其所经过的每个监测点都会停留一段时间执行监测任务,若某监测点部署了充电器,则移动小车在经过该监测点执行监测任务的同时将通过该监测点部署的充电器补充电池能量;最后,多个移动小车的行驶路线所经过的监测点可能会发生重叠,即每个监测点可能被多个移动小车通过。
无线充电器部署算法是无线可充电传感器网络领域研究的热门问题,有很多学者提出了相关解决方法,但是大多数方法考虑的是在传感器设备静态固定的情况下如何进行无线充电器的部署优化,而没有考虑在传感器设备移动的情况下,如何优化部署无线充电器从而为传感器设备提供持续不断的电能。实际上,很多应用场景都会利用移动传感器执行监测任务,因此,如何优化部署无线充电器为移动传感器设备持续提供电能是一个非常重要且具有实际意义的问题。
发明内容
发明目的:本发明提出一种具有更优的平均充电功耗性能的基于贪婪子模的无线可充电传感器网络充电器部署方法。
发明内容:本发明所述的一种基于贪婪子模的无线可充电传感器网络充电器部署方法,具体包括以下步骤:
(1)根据各个移动小车周期性的移动路线、移动过程中的电量消耗率、在路线上各个监测点的停留时间,以及各个监测点之间的距离等信息,通过以最小化充电功率为目标构建求解无线充电器最优部署方案的0-1整数规划模型;
(2)根据步骤(1)建立的0-1整数规划模型,构造单调增的子模函数;
(3)采用贪婪算法选出部署无线充电器的监测点位置,从而最终得到部署方案。
进一步地,所述步骤(1)具体包括以下步骤:
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