[发明专利]无线可充电传感网络节点充电次序调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是无线可充电传感网络中的一种充电次序调度方法，属于无线传感网络领域。

背景技术

基于磁耦合传能的无线可充电传感网络中，携带能量的SenCar节点通过磁耦合技术为网络节点补充能量，增强了网络稳健性，以及扩展网络的生命周期。通过磁耦合技术为节点补充能量过程，受SenCar节点自身能量限制、充电时间、网络规模等因素限制，很难保证为网络中每个节点及时地充满电，这就带来网络节点充电次序问题。合理地安排网络节点充电次序，对于保障节点的工作稳定性和网络稳健性具有重要的现实意义。

针对一对一充电方式下的无线可充电传感网络，目前研究主要集中在对SenCar节点的调度，通过合理安排SenCar节点充电路径，减少因路径带来的能量消耗。另外，对于大中型网络，采用多个SenCar节点为网络节点补充能量，将网络划分为多个充电簇，每个簇头向相对合适度最大的SenCar节点发送能量补充请求信息。当SenCar节点进行充电决策时，综合考虑充电簇的剩余能量、簇头与SenCar节点之间的距离以及SenCar节点的可用性，从而提高SenCar节点的充电效率。实际上，受充电时间、网络拓扑结构等因素影响，仅仅规划SenCar节点充电路径以及保证簇头节点的能量需求是不够的，应从网络全局考虑，充分考虑网络节点剩余能量、位置、状态等信息，合理调度充电次序，能有效地提高节点的工作稳定性和网络稳健性，以及网络生命周期。

发明内容

基于磁耦合的无线可充电传感网络中，采用一对一充电方式下，针对目前能量调度过程中，仅从规划SenCar节点充电路径以及保证簇头节点的能量需求，没有从网络全局考虑等缺点，本发明充分考虑网络节点剩余能量、位置、状态等信息，合理调度充电次序，发明一种无线可充电传感网络节点充电次序调度方法(G-SCC)。

无线可充电传感网络区域是一个N*N的正方形区域，如图1所示，包括一个基站、一个SenCar节点、以及若干节点。节点可担任簇头功能(又称簇头节点)节点或中继功能(又称中继簇头节点)，基站负责收集节点的数据信息，位于区域的中心位置，即其坐标值为(N/2，N/2)，且不可移动。在网络区域内随机部署了n个节点。初始时刻，SenCar节点位置与基站相同，也位于网络区域的中心位置，即坐标值为(N/2，N/2)，负责对需充电的节点进行能量补充。

假设无线可充电传感网络中只有一个SenCar节点，负责对网络中低于阈值节点进行充电，采用一对一充电，不参与节点能量和数据信息的收集工作。SenCar节点为网络节点充电效率为η，即SenCar节点传输一焦耳的能量时，节点只能接收到η焦耳的能量。

假设网络中的每个节点和SenCar节点位置已知，当SenCar节点为网络中某一节点进行能量补充时，会及时地将自身的位置信息发送给网络中的其它节点。与充电时间相比，SenCar节点的移动时间较小，忽略不计。

假设当节点低于阈值时，该节点就进入睡眠状态，其中，睡眠状态指的是低于阈值的节点只负责将自身信息发送给簇头节点，不会在此状态下担任簇头节点或中继簇头节点。

在此网络架构基础上，发明一种无线可充电传感网络节点充电次序调度方法，具体思想是：节点充电次序调度由数据传输过程和充电调度过程构成；数据传输过程，为均衡能量消耗，采用不均匀分簇的路由传输协议，以“轮”循环方式进行数据传输；因簇的形状在每轮中是不规则的，即每轮中簇内节点数日是不确定的，并且网络中的每个节点在生命周期内都可能当选簇头节点或者是中继簇头节点，甚至是多次当选。因此，在充电调度过程中，无法以簇为单位规划充电次序，因而引入“格”的概念，将无线可充电传感网络区域划分为不同“格”，当格中节点剩余能量低于设定阈值时，将其状态信息(包括节点位置信息和节点在工作状态时担任簇头节点的总轮数)发送给所在簇内的簇头节点，进入睡眠状态，如图2所示，簇头节点将此消息发送给基站，基站将该信息发送给网络中的SenCar节点，SenCar节点接收到节点的状态信息和能量补充请求消息，判断节点所在的“格”，进而依据“格”内节点状态、位置及其剩余能量，确定“格”和该节点的充电优先级别，最终确定网络节点充电调度次序。

进一步地，无线可充电传感网络区域划分为不同“格”，其步骤包括：

步骤一、以基站为中心，节点通信半径一半为半径画圆；

步骤二、以圆和直角坐标轴将网络区域划分八个部分，分别为区域1～区域8，如图3所示；