[发明专利]一种用于多跳可充电传感网中的有向无线充电器部署方法在审

专利信息
申请号: 202010536660.7 申请日: 2020-06-12
公开(公告)号: CN111770564A 公开(公告)日: 2020-10-13
发明(设计)人: 冯勇;胡尧 申请(专利权)人: 昆明理工大学
主分类号: H04W52/46 分类号: H04W52/46;H04W4/38;H04W16/18;H04B5/00
代理公司: 北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙) 11350 代理人: 汤东凤
地址: 650504 云南*** 国省代码: 云南;53
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 多跳可 充电 传感 中的 无线 充电器 部署 方法
【权利要求书】:

1.一种用于多跳可充电传感网中的有向无线充电器部署方法,其特征在于:所述方案的具体步骤如下:

Step1子区域划分

Step1.1区域圆直径的确定

假设N个传感器节点随机分布在一个边长为a的正方形平面区域Ω内,这N个传感器节点记为V={v1,v2,……,vN},vi表示第i个传感器节点,这些传感器节点的位置均已知,待部署的M个有向无线充电器标记为C={c1,c2,……,cM},其中有向无线充电器的个数M未知,每一个有向无线充电器ci均可以部署在平面区域Ω内的任意位置,且朝向任意;

无线电能在自由空间中的传播,根据Friis自由空间方程计算接收功率Pr:

其中,LP为极化损失,β为短距离传输情况下Friis自由空间方程的补偿参数,当传感器节点离充电器足够远时,其接收到的功率可以忽略不计,而对于有向无线充电器而言,还需有角度约束,因此最终给出以下确定传感器sj接收功率的式子:

当充电器的充电功率足够大时,通过以下积分描述充电器对某个区域的总充电功率:

式中积分区域σ表示充电区域,当充电区域为扇形时,根据式(3)能分别计算出扇形充电区域、区域圆、扇形充电区域与区域圆交集区域时的值Psector、Pcircular、Pintersect

其中为区域圆直径,A为扇形充电区域角度,进而给出以下占比评估式:

通过计算式(9),我们选取取得极值时的值作为区域圆直径;

Step1.2区域划分

首先找出直径为的区域圆能够覆盖最多节点集合的圆心所在区域,固定一个传感器节点v1,以该节点为圆心,为直径形成一个圆,此圆与其它节点形成的圆(直径同样为)相交,形成v1圆上的一段弧,该弧被v2圆重叠覆盖,若最终区域圆圆心落在该弧上,则一定能覆盖v2节点,依据此原理,对平面区域中每个节点以为直径画圆,对每一个圆,求其上的每段弧重叠次数,最终得出重叠次数最多的弧

此时,将以为直径的圆的圆心放置在弧上任意位置,即可得出被此圆覆盖的传感器集合c1,将集合c1所包含的传感器节点从集合V={v1,v2,……,vN}中移除,重复上述方法,直到传感器节点集合V变为空集,此时将得到子区域c1,c2…cn

Step2多跳充电覆盖方法

首先确定单个子区域内的多跳路径,遍历子区域内所有节点,区分被充电器直接覆盖的节点集合A={a1,a2,...,as,}与未被充电器覆盖的集合B={b1,b2,...,bq,};

分别计算集合B中的节点以集合A中的每一个节点为中继节点时,所能获得的充电功率:

从中选取具有最大值的由此可以初步将集合B中节点b1的上一跳中继节点设置为集合A中的节点ai

对集合B中所有的节点执行步骤2,将得到集合B中每个节点的上一跳中继节点,从这些中继路径中选取具有最大接收功率值的那个路径apbq,并将此路径中原属于集合B的节点bq从集合B中删除并加入到集合A中,最终确定bq的上一跳中继节点为ap

重复执行以上步骤,直至集合B为空为止,最终得到多条多跳充电覆盖路径p1={a1,b1},p2={a1,b2},p3={a3,b5,b6},p4={a2,b3}……

Step3充电器的部署

首先定义基于Friis方程的距离dist(i,j):

式中dij表示节点i和节点j的欧式距离,将子区域内节点p与该区域的代表ck之差用dist(p,ck)度量,子区域k的中心位置选取得合适与否可以用子区域内的变差来度量,它是子区域k中所有传感器节点和该区域的代表ck之间的误差平方和(基于Friis方程的距离平方和),定义为:

其中,Ek为第k个子区域中所有传感器节点的位置的误差平方和;p为传感器节点,ck为子区域k的代表,此时选取ck的位置以使得Ek取得最小值,得到的ck即为第k个子区域的中心;

过子区域中心ck向该区域的区域圆作垂线,形成一条构造线,将充电器摆放在这条构造线上,且充电器的朝向也为构造线方向,此时在此构造线上移动充电器,分别使用Step2中的方法计算每个位置的充电效用,最终在取得峰值充电效用处停下,此时充电器的朝向与位置即为最终部署位置与朝向。

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