一種基于多移動充電器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量補(bǔ)充方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于多移動充電器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量補(bǔ)充方法，傳統(tǒng)的只有一個(gè)移動充電器，攜帶有限的能量加上行程所需要耗費(fèi)的時(shí)間，很難保證所有傳感器都能在能量耗盡之前被充電，本發(fā)明專利技術(shù)與傳統(tǒng)一個(gè)充電器相比，使用了多個(gè)移動充電器，多個(gè)充電器的協(xié)同工作，增大了充電容量，也能充分縮短網(wǎng)絡(luò)整體的充電時(shí)間，保證了網(wǎng)絡(luò)能夠長久運(yùn)行。

Energy supplement method of wireless sensor network based on multi mobile charger

The invention discloses a method of wireless sensor network energy mobile charger based on only a traditional mobile charger, carry limited energy plus travel takes time, it is difficult to ensure that all sensors can be in charge of energy depletion before, compared with traditional one charger, use the a plurality of mobile charger, a number of cooperative charger, increasing the charging capacity, also can shorten the charging time of the whole network, to ensure that the network can run for long time.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于多移動充電器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量補(bǔ)充方法
本專利技術(shù)屬于無線傳感
，尤其涉及一種基于多移動充電器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量補(bǔ)充方法。
技術(shù)介紹
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如森林火災(zāi)檢測、建筑物結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和家居自動化等等。由于傳統(tǒng)傳感器節(jié)點(diǎn)使用的電池能量有限，只能在有限時(shí)間內(nèi)工作，這成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)長期持續(xù)工作的最關(guān)鍵的阻礙之一。一種方案是為傳感器節(jié)點(diǎn)裝配能量吸收裝置，使其能從環(huán)境中獲取能量，在一定程度上解決了能量供給問題，但是，由于環(huán)境能源的不可預(yù)測性，使得節(jié)點(diǎn)獲取的能量很不穩(wěn)定。無線能量傳輸和可充電鋰電池技術(shù)的突破性進(jìn)展，為無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量補(bǔ)充提供了可行的技術(shù)基礎(chǔ)。Kurs等人的研究表明，不需要電線和插頭，通過強(qiáng)耦合磁諧振技術(shù)就可以通過無線方式實(shí)現(xiàn)高效率的能量傳輸。在兩米距離范圍內(nèi)，功率60W的發(fā)射器可以達(dá)到40％的無線功率傳輸效率。一個(gè)典型的應(yīng)用場景是，移動充電車搭載裝配有大容量電池的移動充電器，從移動充電服務(wù)站出發(fā)，按照一定的調(diào)度策略為網(wǎng)絡(luò)中需要充電的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)施充電，避免傳感器節(jié)點(diǎn)因能量耗盡而停止工作。經(jīng)過一輪充電之后，移動充電車再回到充電服務(wù)站進(jìn)行能量補(bǔ)給，為下一輪充電做準(zhǔn)備。然而，在大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，單個(gè)移動充電器難以滿足整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的充電需求。問題在于，當(dāng)有大量需要充電的節(jié)點(diǎn)存在時(shí)，單個(gè)移動充電器攜帶的電量容量難以滿足所有待充電節(jié)點(diǎn)的需求。隨著待充電節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增多，移動充電器的總旅行距離也隨之增大，充電器攜帶的供移動的驅(qū)動電能有限，使之不一定能滿足對所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行能量補(bǔ)充。為了使移動充電器能一輪接一輪的實(shí)施充電，在一輪充電結(jié)束之后，移動充電器需要回到充電補(bǔ)給站。大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、分布范圍廣，相距距離遠(yuǎn)等因素也增大問題解決的難度。同時(shí)，待充電節(jié)點(diǎn)的剩余電量不盡相同，能量消耗的功率不同，數(shù)據(jù)收集的負(fù)載不同，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)需要充電的緊急程度也有所不同。我們注意到，只使用一個(gè)移動充電器為整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行能量補(bǔ)充，除非這個(gè)移動充電器所攜帶的能量足夠大，否則很難滿足整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的需求以及支撐它往返基站。這就需要對移動充電器進(jìn)行合理和高效的調(diào)度，提高移動充電器的充電效率，最大限度延長網(wǎng)絡(luò)整體的生存時(shí)間。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是針對
技術(shù)介紹
的不足提供了一種基于多移動充電器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量補(bǔ)充方法，應(yīng)用多個(gè)移動充電器對傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線充電，以確保傳感器節(jié)點(diǎn)都能在其能量耗盡之前得到充電。本專利技術(shù)為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案一種基于多移動充電器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量補(bǔ)充方法，具體包含如下步驟：步驟1：將基站作為調(diào)度執(zhí)行主體，設(shè)定一個(gè)閾值α，檢測監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的剩余能量，若剩余能量低于閾值α·B，則轉(zhuǎn)入步驟2；其中，0＜α＜1，B表示傳感器節(jié)點(diǎn)的總能量；步驟2：再設(shè)定另一個(gè)閾值β，將監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中剩余能量小于β·B的傳感器節(jié)點(diǎn)作為待充傳感器節(jié)點(diǎn)，并加入集合S，其中，β＝2α；步驟3：以基站為起點(diǎn)，將集合S中所有傳感器節(jié)點(diǎn)規(guī)劃為一條回路；步驟4：計(jì)算集合S中的總充電耗能W，設(shè)每個(gè)充電器所能攜帶的能量為P，充電器個(gè)數(shù)k取初始值為步驟5：按步驟3規(guī)劃好的回路順序?qū)⒓蟂中的傳感器節(jié)點(diǎn)分為k組，除最后一組外每組傳感器節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為步驟6：以基站為起點(diǎn)和終點(diǎn)，重新優(yōu)化每組組內(nèi)路徑；步驟7：若優(yōu)化后各組內(nèi)總充電耗能均不超過充電器的攜帶能量，即Wi≤P，則轉(zhuǎn)入步驟9，其中，1≤i≤k；步驟8：將k值增加1，重新規(guī)劃分組，即轉(zhuǎn)入步驟5；步驟9：設(shè)移動充電器數(shù)目為Nc,將k賦值給Nc，從基站同時(shí)派出Nc個(gè)移動充電器為待充集合S補(bǔ)充能量，分別沿著已規(guī)劃的各條分組回路進(jìn)行充電，充電結(jié)束后，所有移動充電器均回到基站進(jìn)行能量補(bǔ)給并等待下一輪充電。作為本專利技術(shù)一種基于多移動充電器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量補(bǔ)充方法的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述步驟3構(gòu)成回路的方法具體如下：步驟3.1，找到距離基站最近的傳感器節(jié)點(diǎn)插入回路，編號為1號傳感器節(jié)點(diǎn)；步驟3.2，再從剩余傳感器節(jié)點(diǎn)中尋找距離1號傳感器節(jié)點(diǎn)最近的傳感器節(jié)點(diǎn)插入回路，編號為2號傳感器節(jié)點(diǎn)；直到集合S中的所有傳感器節(jié)點(diǎn)都加入回路中。作為本專利技術(shù)一種基于多移動充電器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量補(bǔ)充方法的進(jìn)一步優(yōu)選方案，在步驟4中，集合S中的總充電耗能W包括集合S中所有傳感器節(jié)點(diǎn)所需補(bǔ)充的能量和充電器在路上所消耗的能量。作為本專利技術(shù)一種基于多移動充電器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量補(bǔ)充方法的進(jìn)一步優(yōu)選方案，在步驟6中，以基站為起點(diǎn)和終點(diǎn)，重新優(yōu)化每組組內(nèi)路徑的具體步驟如下：步驟6.1，設(shè)置系統(tǒng)溫度T，溫度下限T_min，降溫指數(shù)delta；步驟6.2，將每組內(nèi)的首尾節(jié)點(diǎn)與基站相連，構(gòu)成回路，作為初始路線并計(jì)算該路線長度Wi；步驟6.3，隨機(jī)交換兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的順序，重新計(jì)算路線長度Wi′，若Wi′＜Wi，則保留新路線；步驟6.4，逐步降低溫度，T＝T*delta。若T＞T_min，則重復(fù)步驟6.3，否則，優(yōu)化結(jié)束。作為本專利技術(shù)一種基于多移動充電器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量補(bǔ)充方法的進(jìn)一步優(yōu)選方案，在步驟6.1中，采用模擬退火算法，設(shè)置系統(tǒng)溫度T，溫度下限T_min，降溫指數(shù)delta。本專利技術(shù)采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：本專利技術(shù)提出了一種基于多移動充電器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量補(bǔ)充方法，傳統(tǒng)的只有一個(gè)移動充電器，攜帶有限的能量加上行程所需要耗費(fèi)的時(shí)間，很難保證所有傳感器都能在能量耗盡之前被充電，本專利技術(shù)與傳統(tǒng)一個(gè)充電器相比，使用了多個(gè)移動充電器，多個(gè)充電器的協(xié)同工作，增大了充電容量，也能充分縮短網(wǎng)絡(luò)整體的充電時(shí)間，保證了網(wǎng)絡(luò)能夠長久運(yùn)行。附圖說明圖1是體系結(jié)構(gòu)及規(guī)劃的充電調(diào)度線路圖示例；圖2是根據(jù)本專利技術(shù)的方法重新規(guī)劃給個(gè)充電器的條調(diào)度線路圖示例；圖3是本專利技術(shù)提出的充電調(diào)度方法步驟的流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合說明書附圖及具體實(shí)施例對本專利技術(shù)的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。具體實(shí)施方式描述如下：下面所述節(jié)點(diǎn)即指傳感器節(jié)點(diǎn)。基于本專利技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)為一個(gè)部署在二維空間的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其中包括基站、傳感器節(jié)點(diǎn)、移動充電器以及調(diào)度路線。以下對各部分進(jìn)行具體說明。(1)基站：基站為一個(gè)處于網(wǎng)絡(luò)中心的固定的點(diǎn)，能通過多跳路由傳輸?shù)姆椒ㄊ占麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)傳感器的數(shù)據(jù)，包括收集到的數(shù)據(jù)以及其自身電量信息。同時(shí)可以為移動充電器補(bǔ)充能量，做出調(diào)度路線規(guī)劃。(2)傳感器節(jié)點(diǎn)：傳感器節(jié)點(diǎn)為隨機(jī)部署在這個(gè)二維空間位置上的一些節(jié)點(diǎn)，作用是可以對周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，節(jié)點(diǎn)間可以通過路由傳輸數(shù)據(jù)，這也導(dǎo)致了不同的節(jié)點(diǎn)會有不同的能量消耗率。此處所有的傳感器節(jié)點(diǎn)電池總能量是相同的。(3)移動充電器：為可移動的、攜帶大容量充電電池、并且能與傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的設(shè)備。所有的移動充電器所能攜帶的能量總量相同，都從基站獲得，同時(shí)用于為傳感器充電以及機(jī)械移動所需的能量，移動充電器沿著基站制定好的調(diào)度路線工作。(4)調(diào)度路線：由基站根據(jù)某一時(shí)刻所需補(bǔ)充能量的傳感器節(jié)點(diǎn)的位置進(jìn)行規(guī)劃，不同的移動充電器有不同的路線，且所有路線最終都會回到基站，以保證系統(tǒng)能一直這樣運(yùn)行下去。本專利技術(shù)提出了一種使用多個(gè)移動充電器為傳感器網(wǎng)絡(luò)充電的方法。傳統(tǒng)的只有一個(gè)移動充電器，攜帶有限的能量加上行程所需要耗費(fèi)的時(shí)間，很難保證所有傳感本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于多移動充電器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量補(bǔ)充方法，其特征在于：具體包含如下步驟：步驟1：將基站作為調(diào)度執(zhí)行主體，設(shè)定一個(gè)閾值α，檢測監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的剩余能量，若剩余能量低于閾值α·B，則轉(zhuǎn)入步驟2；其中，0＜α＜1，B表示傳感器節(jié)點(diǎn)的總能量；步驟2：再設(shè)定另一個(gè)閾值β，將監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中剩余能量小于β·B的傳感器節(jié)點(diǎn)作為待充傳感器節(jié)點(diǎn)，并加入集合S，其中，β＝2α；步驟3：以基站為起點(diǎn)，將集合S中所有傳感器節(jié)點(diǎn)規(guī)劃為一條回路；步驟4：計(jì)算集合S中的總充電耗能W，設(shè)每個(gè)充電器所能攜帶的能量為P，充電器個(gè)數(shù)k取初始值為

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于多移動充電器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量補(bǔ)充方法，其特征在于：具體包含如下步驟：步驟1：將基站作為調(diào)度執(zhí)行主體，設(shè)定一個(gè)閾值α，檢測監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的剩余能量，若剩余能量低于閾值α·B，則轉(zhuǎn)入步驟2；其中，0＜α＜1，B表示傳感器節(jié)點(diǎn)的總能量；步驟2：再設(shè)定另一個(gè)閾值β，將監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中剩余能量小于β·B的傳感器節(jié)點(diǎn)作為待充傳感器節(jié)點(diǎn)，并加入集合S，其中，β＝2α；步驟3：以基站為起點(diǎn)，將集合S中所有傳感器節(jié)點(diǎn)規(guī)劃為一條回路；步驟4：計(jì)算集合S中的總充電耗能W，設(shè)每個(gè)充電器所能攜帶的能量為P，充電器個(gè)數(shù)k取初始值為步驟5：按步驟3規(guī)劃好的回路順序?qū)⒓蟂中的傳感器節(jié)點(diǎn)分為k組，除最后一組外每組傳感器節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為步驟6：以基站為起點(diǎn)和終點(diǎn)，重新優(yōu)化每組組內(nèi)路徑；步驟7：若優(yōu)化后各組內(nèi)總充電耗能均不超過充電器的攜帶能量，即Wi≤P，則轉(zhuǎn)入步驟9，其中，1≤i≤k；步驟8：將k值增加1，重新規(guī)劃分組，即轉(zhuǎn)入步驟5；步驟9：設(shè)移動充電器數(shù)目為Nc,將k賦值給Nc，從基站同時(shí)派出Nc個(gè)移動充電器為待充集合S補(bǔ)充能量，分別沿著已規(guī)劃的各條分組回路進(jìn)行充電，充電結(jié)束后，所有移動充電器均回到基站進(jìn)行能量補(bǔ)給并等待下一輪充電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多移動充電器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量補(bǔ)充方法，其特征在于：所...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：葉曉國，李舒婷，金懷民，
申請(專利權(quán))人：南京郵電大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32