[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

说明书

本发明公开了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，属于物联网无线可充电传感网领域，首先根据充电器的充电范围和节点的实际分布，通过圆覆盖方法将整个区内节点分为若干个子区域；其次设计了节点的多跳充电覆盖方法以确定其多跳充电路径，最后根据子区域内节点分布状况，设计了寻找充电器最优部署位置和角度的方法。本发明解决了多跳无线可充电传感网中的有向充电器部署问题，是一种经济且有效的延长无线可充电传感网生命周期的能量补充方法。

技术领域

本发明涉及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，属于物联网无线可充电传感网领域。

背景技术

无线传感器网络(WSN)通常由大量传感器节点组成，受限于传感器节点体积和成本的限制，通常其通过能量非常有限的电池供电，这成为制约传感器网络性能的关键。

近年来，无线充电技术(WPT)的发展和进步，为WSN的能量补充问题提供了切实可行的方案。可以由无线充电器充电的传感器网络称为无线可充电传感网(WRSN)，这种网络的一大特点是网络的寿命不再受电池寿命制约，无线充电器可以为传感网提供持续稳定的能量补充。在WRSN的无线充电方式中，主要分为两种，一种是移动式充电，即将移动装置(mobilecharger,MC)引入到无线充电器中，使其能够灵活移动为传感网充电；另一种为固定式充电，在这种充电方式中，充电器被预先固定到特定位置，这样做的好处是无线充电器能够直接接入到有线电网中，与移动式充电相比，由于其直接接入电网而无需依赖mc携带的电池，无线充电器所能提供的充电功率大大提高，其缺点也比较明显，和移动式充电相比灵活性低。移动式充电常用于节点之间相距较远的稀疏网络，而对于一些节点相距很近的粘稠网络，如室内条件下的某些应用，部署一个固定式无线充电器能够同时为多个附件节点充电，此时固定式充电则更为适用。

对于固定式无线充电而言，由于无线充电器价格不菲，在区域内布置数量较多的充电器并不现实，而移动式充电往往不能很好的适应节点的动态消耗，导致节点因不能及时被充电而失效，造成数据丢失，链路断开等严重后果。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了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，本发明主要将固定式有向无线充电与多跳无线充电相结合，解决了固定式有向无线充电因充电范围小，而需要以极大成本部署数量众多的有向无线充电器的问题，借助谐振中继器，我们扩充了充电器的充电范围，并在一定程度上提升了充电效率，允许节点通过其附近的带有谐振中继器的其他节点获得电能，以此来降低无线充电器的部署数量。此外本发明还设计了寻找多跳充电覆盖路径的方法，能够保证节点经过多跳充电后，其充电损耗能够控制在合理的范围内。

本发明采用的技术方案是：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，首先根据充电器的充电范围和节点的实际分布，确定区域圆大小并据此将整个区内节点分为若干个子区域，并在子区域中得出一系列充电器候选部署位置；其次，基于贪心原理设计了子区域内寻找多跳充电路径的方法，最后根据子区域内节点分布状况，设计了寻找充电器最优部署位置和方向的方法。

所述方法的具体步骤如下：

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，……，v_N}，v_i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，……，c_M}，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c_i均可以部署在平面区域Ω内的任意位置，且朝向任意；