[发明专利]一种射频能量捕获无线传感网能量源最少化布置方法

说明书

一种基于粒子群优化的射频能量捕获无线传感网能量源最少化布置方法，从无线传感网没有射频能量源该初始状态开始，反复执行以下两部分操作：增加部署一个新的射频能量发送源和进行基于粒子群优化的K个能量源位置改善。每增加部署一个新的能量源，需要初始化每个粒子的初始位置、初始速度和该粒子的最优位置，再执行基于粒子群优化的能量源位置优化操作。对于每个K值，如果执行基于粒子群优化的能量源位置改善操作后，K个能量源的最优部署已经满足所有传感器节点的捕获功率需求，能量源最少化布置方法结束。本发明提供一种有效减少能量源布置的数目、节省经济成本的基于粒子群优化的射频能量捕获无线传感网能量源最少化布置方法。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络中一种射频能量捕获无线传感网能量源最少化布置方法，该方法适用于传感器节点能够捕获射频能量的无线传感器网络。

背景技术

射频能量捕获无线传感网(RF-energy harvesting wireless sensor networks,RF-HWSN)指一些能将环境中的射频能量转化成电能供电的传感器节点通过无线通信方式相互联系起来的通信网络。射频能量发送源的布置位置，直接影响各个传感器节点能量捕获的输出功率(后面简称为捕获功率)。因此，在设计该类网络时，从经济角度出发，需要合理布置每一个能量源，使得满足每一个节点的捕获功率大于等于节点的能量消耗所需功率的条件下最少化射频能量发送源的个数。

目前为止，已经有少数文献研究了射频能量发送源放置问题。有文献考虑了只有单个射频能量源且该能量源可以移动的场景，研究了该能量源的最优访问地点以最大化用户自定义任务的收益(参见《Mission-aware placement of RF-based powertransmitters in wireless sensor networks》，刊于IEEE ISCC，2012)；有文献考虑能量发送源移动的场景，研究能量源的停留位置和相应的停留时间，使得网络中所有的传感器节点充电的总时延最小化(参见《Minimizing charging delay in wirelessrechargeable sensor networks》，刊于IEEE INFOCOM，2013)；有文献研究了静态环境下能量源的放置问题(参见《RF-Based charger placement for duty cycle guarantee inbattery-free sensor networks》，刊于IEEE Communications Letters，2015)，不过这些已有的研究都是针对所有传感器节点具有相同的能量捕获功率需求该场景。

发明内容

针对网络中节点能量捕获功率需求不一样的实际情况，为了克服现有射频能量捕获无线传感网的能量源布置方式较多、成本较高的不足，本发明提供一种有效减少能量源布置的数目、节省经济成本的基于粒子群优化的射频能量捕获无线传感网能量源最少化布置方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种射频能量捕获无线传感网能量源最少化布置方法，包括如下步骤：

(1.1)首先根据无线传感网中N个给定位置的能够捕获射频能量的传感器节点坐标，来计算出这N个节点的最小覆盖圆圆心；其中，N是传感器节点总个数，N个节点的最小覆盖圆是指覆盖了所有N个节点且具有最小半径的圆；

(1.2)初始化射频能量发送源的个数K＝1；

(1.3)对于m＝1,2,…,M,做如下操作：初始化第m个粒子的初始位置对于任意i＝1,2,…,K,和为最小覆盖圆中随机挑出的一个点的横坐标和纵坐标，初始化第m个粒子的初始速度矢量v_m＝0，初始化第m个粒子的最优位置p_m为它的初始位置，即p_m←x_m；其中M表示粒子的个数,其取值方式与传统粒子群算法中粒子个数取值方式一样；