[发明专利]一种无线传感器和执行器网络的移动能量补充方法

摘要

本发明涉及一种无线传感器和执行器网络的移动能量补充方法，属于利用无线充电技术延长无线传感器和执行器网络生存期的研究领域。无线传感器和执行器网络具有感知并实时响应和作用于环境等优势，但是其核心组成部分传感器和执行器都面临着能量受限问题，严重制约了网络的生存期。目前的工作仅仅考虑了无线传感器网络的能量补充问题，而对加入了具有可移动和执行功能的执行器的无线传感器与执行器网络的能量补充问题尚未考虑。本发明很好地适应了无线传感器和执行器网络中执行器的自主移动、长充电时间和响应突发事件导致的高动态能量消耗特征，能够确保网络中执行器的能量供应，同时尽可能减少传感器节点失效率，维护整个网络的长期持续运行。

主权项

一种无线传感器和执行器网络的移动能量补充方法，其特征在于，包括如下步骤：Step1：建立一个无线传感器和执行器网络模型：在确定的监测区域内随机部署10个以上的传感器节点，基站和移动充电装置均部署在监测区域的左下方，将确定的监测区域等面积分割成几个小区域，每个小区域的中点位置部署一个执行器；NA表示执行器节点构成的集合；NS表示传感器节点构成的集合；Ei表示节点i的电池容量；REi(t)表示节点i在时间t时的电池剩余能量；ri表示节点i的能量消耗率；Γ表示服务池中的节点集合；Σ表示充电候选节点集合；初始时ni表示传感器或执行器节点i，基站和移动充电装置位于二维空间平面的圆点位置；基站具有足够的电能和通信能力，用于收集传感器节点和执行器节点的信息，可以直接将数据传输到移动充电装置；移动充电装置是具有自主移动能力，计算能力和通信能力的设备，它还拥有充足电量的电池和无线能量传输装置，其能量可通过基站提供，移动充电装置的充电速率为C，移动速度为v(m/s)；执行器被组织成无线互动的执行器网络，执行器可以通过该网络与基站通信，移动充电装置和执行器可以通过GPS或其他非GPS定位的方法来实时定位；Step2：分析执行器的特征对移动能量补充方案的影响，解决无线传感器和执行器网络的能量约束问题；Step3：基于无执行器失效原则和避免传感器失效原则，设计一种称为FEMER的高效移动能量补充框架，该框架的工作过程是：首先每个节点实时监测自己的能量状态，当剩余能量低于预设的阈值时向移动充电装置发送一个充电请求；移动充电装置维护着一个服务池，它根据每个节点的能耗信息和地理位置计算节点的最大可容忍充电延迟、最短等待充电时间，依据无执行器失效原则和避免传感器失效原则确定的候选节点的选择算法来选择出候选节点进行充电；完成充电后，如果服务池不为空，则开始下一次选择候选者并充电的过程；如此循环工作，以保障网络的持续运行。