[发明专利]一种充电路径与部分充电相结合的WSAN能量补充方法

摘要

本发明公开了一种充电路径与部分充电相结合的WSAN能量补充方法，首先获得一条移动充电装置(MC)对网络中所有传感器节点充电的最短移动路径，并基于临近原则将执行器位置近似为与其距离最近的传感器节点位置，其次，MC对其服务池中的传感器和执行器请求节点按照最短路径顺序确定初始充电路径，对于可存活时间小于其最早能够获得MC充电机会的节点，将其插入到初始路径上更靠前的合适位置，若调整后的充电路径上仍存在不能及时获得充电机会的节点，则进一步对该路径上节点的充电上限进行调整。本发明解决了无线传感器与执行器网络中移动能量补充问题，是一种有效延长无线传感器与执行器网络生命周期的方法。

主权项

1.一种充电路径与部分充电相结合的WSAN能量补充方法，其特征在于：其特征在于：所述方案的具体步骤如下：S1生成初始充电路径设整个网络中随机部署n个传感器节点和m个执行器节点，一个移动充电器MC，一个基站BS，传感器节点集合为N^S，执行器节点集合为N^A，从N^S中随机选择一个传感器节点n_i为起始节点，按照顺时针或逆时针顺序，连接N^S中每个传感器节点并且只能连接一次，最后回到传感器节点n_i，这是一个典型的TSP问题，采用蚁群算法得到一个离线的全局最短路径Δ＝{Δ₁，Δ₂，Δ₃……Δ_n}设每个执行器监测的区域最多同时发生一个事件e，那么根据事件类型，可以预测出执行器处理事件的时间为e_t，在时间e_t内，为了将执行器加入全局最短路径，执行器的位置可暂时由距离它最近的传感器节点位置代替，设执行器节点传感器节点执行器节点与传感器节点的欧式距离可表示为：那么执行器节点在全局最短路径中的位置为对于一次充电任务ε，发送充电请求节点集合为Φ，MC从基站BS出发，选择一个距离它最近的请求节点为充电候选节点(最短路径起点)，按照顺时针方向对Φ中节点按照全局最短路径中的序号重新排列，得到初始路径因为最短路径具有最优子结构，所以初始路径仍是最短路径；S2建立失效节点集合Ω设初始路径中请求节点p_i的开始充电时间为充满电的时间为死亡时间为初始路径P_ε中的每个同类型节点，具有相同的能量消耗速率，即传感器节点的能量消耗速率为执行器节点的能量消耗速率为以下为了描述方便，统称为r_ε；若请求节点p_i失效，并将p_i加入集合Ω；S3插入失效节点建立新路径按加入集合Ω的顺序，计算在初始路径中，位于失效节点p_i之前未失效节点集，未失效节点序号为初始路径中的充电顺序：计算失效节点p_i插入未失效节点ξ_ij之后的死亡持续时间公式如下：失效节点p_i新的充电序号为将节点p_i插入后，调整初始路径中的充电顺序，重复Step2，若有新的失效节点，则插入失败，否则，插入成功，插入后的充电路径为调整后的充电路径；若失效节点集合Ω为空，调整后的充电路径为一次充电任务ε最终充电路径，若失效节点集合Ω不为空，转Step4；S4调整功率分配S4.1调整传感器功率分配若失效节点集合Ω中不存在执行器节点，调整中的功率分配，使得整个路径中死亡持续时间最短，表示如下：对于失效节点集合Ω中传感器节点建立位于之前的未失效节点集：节点死亡持续时间表示为：中每个节点应减少的充电能量为：调整功率分配之后的路径表示为在整个路径充电完成后，没有请求节点失效，即为一次充电任务ε最终充电路径，若存在节点失效，记失效节点为p′_k，则从充电路径中删除失效节点集合Ω中位于p′_k之后的节点p_i为一次充电任务ε最终充电路径；S4.2调整执行器功率分配在若失效节点集合Ω中存在执行器节点，则MC首先满足执行器节点的充电请求，并按照执行器节点剩余能量从小到大对充电路径做出调整，即为执行器节点，为传感器节点；调整路径后，失效节点集合Ω中仍存在执行器节点，调整失效的执行器节点之前未失效执行器节点集，的功率分配；节点死亡持续时间表示为：中每个节点应减少的充电能量为：调整之后的充电路径为再对中传感器节点集合执行Step4，并保证没有执行器节点失效，将调整后的并入形成一次充电任务ε最终充电路径