[发明专利]一种无线供能通信网络能量捕获和数据传输方法

权利要求书

1.一种无线供能通信网络能量捕获和数据传输方法，所述无线供能通信网络包括能量源、数据采集节点和数据接收点，其特征在于，将以数据接收点为圆心，以数据采集节点与数据接收点通信的最远距离为半径的圆形区域作为数据传输区；将以能量源为圆心，以数据采集节点从能量源捕获到能量的最远距离为半径的圆形区域作为能量捕获区；所述无线供能通信网络能量捕获和数据传输方法，包括：

数据接收点和能量源轮流以恒定功率广播消息帧，数据接收点和能量源根据是否收到消息帧，以及消息帧的内容计算得到两者之间的距离，所有数据采集节点根据是否收到消息帧，以及消息帧的内容计算数据采集节点与消息帧来源设备的距离；

在数据接收点和能量源之间的距离小于能量捕获区的半径与数据传输区的半径之和时，能量源休眠，否则能量源发射无线射频信号，能量捕获区内数据采集节点从无线射频信号中捕获能量；

位于数据传输区内且电池中的可用能量超过能量阈值的数据采集节点传输包含自身能量值的信息给数据接收点；

当数据接收点收到至少一个数据采集节点发送的能量值信息时，对收到能量值信息的数据采集节点进行分簇处理，从平均能量值最高的簇中选取一个数据采集节点，向选取的数据采集节点发送告知帧；

被选取的数据采集节点接收到告知帧后，持续传输数据给数据接收点。

2.根据权利要求1所述的无线供能通信网络能量捕获和数据传输方法，其特征在于，所述从平均能量值最高的簇中选取一个数据采集节点，向选取的数据采集节点发送告知帧，还包括：

启动第一计时器，若数据接收点在第一计时器计时结束还未收到所选取的数据采集节点发送的数据，则判断平均能量值最高的簇中所有数据采集节点是否都被选取过，若都被选取过则数据接收点告知能量源发射无线射频信号进行供能，否则从平均能量值最高的簇中选取另一个数据采集节点，向选取的数据采集节点发送告知帧。

3.根据权利要求2所述的无线供能通信网络能量捕获和数据传输方法，其特征在于，所述向选取的数据采集节点发送告知帧，采用广播的方式，发送告知帧的传播范围大于等于能量捕获区的半径与数据传输区的半径之和；

所述无线供能通信网络能量捕获和数据传输方法，还包括：

在数据接收点和能量源的距离大于能量捕获区的半径且小于能量捕获区的半径与数据传输区的半径之和的情况下，能量源在收到告知帧后，启动第二计时器，所述第二计时器的计时时长大于第一计时器的计时时长，在所述第二计时器计时结束后，能量源发射无线射频信号进行供能。

4.根据权利要求1所述的无线供能通信网络能量捕获和数据传输方法，其特征在于，所述对收到能量值信息的数据采集节点进行分簇处理，包括：

步骤F1、设置最终簇的目标个数，并初始化簇集，每个数据采集节点作为一个初始簇，对簇进行编号，并设置当前聚类簇个数为数据采集节点个数；

步骤F2、计算所有初始簇之间的数据采集节点能量值的距离，计算结果存入能量距离矩阵；

步骤F3、判断聚类簇个数是否大于最终簇的目标个数，若是，跳到步骤F4，否则，跳到步骤F6；

步骤F4、找出能量值距离最近的两个簇，合并两个簇，将簇编号重新编号，更新能量距离矩阵；

步骤F5、将聚类簇个数减去1，跳到步骤F3；

步骤F6、分簇完成，得到数据采集节点平均能量值最高的簇。

5.根据权利要求1所述的无线供能通信网络能量捕获和数据传输方法，其特征在于，所述数据接收点和能量源根据是否收到消息帧，以及消息帧的内容计算得到两者之间的距离，包括：

若数据接收点和能量源的距离小于等于能量捕获区的半径，则无线供能通信网络处于数据接收点在能量捕获区内场景；

若数据接收点和能量源的距离大于等于能量捕获区的半径与数据传输区的半径之和，则无线供能通信网络处于数据传输区与能量捕获区没有重叠场景；

若数据接收点和能量源的距离大于能量捕获区的半径且小于能量捕获区的半径与数据传输区的半径之和，则无线供能通信网络处于数据接收点在能量捕获区外，但数据传输区和能量捕获区有重叠场景。

6.根据权利要求1所述的无线供能通信网络能量捕获和数据传输方法，其特征在于，所述所有数据采集节点根据是否收到消息帧，以及消息帧的内容计算数据采集节点与消息帧来源设备的距离，包括：

若数据采集节点既没有收到数据接收点的消息帧，也没有收到能量源的消息帧，则该数据采集节点既不属于数据传输区也不属于能量捕获区；

若数据采集节点仅收到数据接收点的消息帧，计算数据采集节点和数据接收点之间距离，若距离小于等于数据传输区半径，则该数据采集节点在数据传输区；

若数据采集节点仅收到能量源的消息帧，计算数据采集节点和能量源之间的距离，若距离小于等于能量捕获区半径，则该数据采集节点在能量捕获区；

若数据采集节点不仅收到了数据接收点的消息帧，还收到了能量源的消息帧，则分别计算数据采集节点和数据接收点之间的距离、数据采集节点和能量源之间的距离，根据上述比较距离和区域半径的规则判断自己是否处于数据传输区或能量捕获区，或同时处于数据传输区和能量捕获区。