[发明专利]一种基于多移动充电器的无线传感器网络能量补充方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感技术领域，尤其涉及一种基于多移动充电器的无线传感器网络能量补充方法。

背景技术

无线传感器网络已广泛应用于许多领域，如森林火灾检测、建筑物结构健康监测和家居自动化等等。由于传统传感器节点使用的电池能量有限，只能在有限时间内工作，这成为无线传感器网络长期持续工作的最关键的阻碍之一。一种方案是为传感器节点装配能量吸收装置，使其能从环境中获取能量，在一定程度上解决了能量供给问题，但是，由于环境能源的不可预测性，使得节点获取的能量很不稳定。

无线能量传输和可充电锂电池技术的突破性进展，为无线可充电传感器网络的能量补充提供了可行的技术基础。Kurs等人的研究表明，不需要电线和插头，通过强耦合磁谐振技术就可以通过无线方式实现高效率的能量传输。在两米距离范围内，功率60W的发射器可以达到40％的无线功率传输效率。一个典型的应用场景是，移动充电车搭载装配有大容量电池的移动充电器，从移动充电服务站出发，按照一定的调度策略为网络中需要充电的多个传感器节点实施充电，避免传感器节点因能量耗尽而停止工作。经过一轮充电之后，移动充电车再回到充电服务站进行能量补给，为下一轮充电做准备。然而，在大规模的无线传感器网络中，单个移动充电器难以满足整个网络的充电需求。问题在于，当有大量需要充电的节点存在时，单个移动充电器携带的电量容量难以满足所有待充电节点的需求。随着待充电节点数量的增多，移动充电器的总旅行距离也随之增大，充电器携带的供移动的驱动电能有限，使之不一定能满足对所有节点进行能量补充。为了使移动充电器能一轮接一轮的实施充电，在一轮充电结束之后，移动充电器需要回到充电补给站。大规模网络中传感器节点数量多、分布范围广，相距距离远等因素也增大问题解决的难度。同时，待充电节点的剩余电量不尽相同，能量消耗的功率不同，数据收集的负载不同，导致节点需要充电的紧急程度也有所不同。我们注意到，只使用一个移动充电器为整个无线传感器网络进行能量补充，除非这个移动充电器所携带的能量足够大，否则很难满足整个网络的需求以及支撑它往返基站。这就需要对移动充电器进行合理和高效的调度，提高移动充电器的充电效率，最大限度延长网络整体的生存时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于多移动充电器的无线传感器网络能量补充方法，应用多个移动充电器对传感器节点进行无线充电，以确保传感器节点都能在其能量耗尽之前得到充电。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种基于多移动充电器的无线传感器网络能量补充方法，具体包含如下步骤：

步骤1：将基站作为调度执行主体，设定一个阈值α，检测监测网络中传感器节点的剩余能量，若剩余能量低于阈值α·B，则转入步骤2；其中，0＜α＜1，B表示传感器节点的总能量；

步骤2：再设定另一个阈值β，将监测网络中剩余能量小于β·B的传感器节点作为待充传感器节点，并加入集合S，其中，β＝2α；

步骤3：以基站为起点，将集合S中所有传感器节点规划为一条回路；

步骤4：计算集合S中的总充电耗能W，设每个充电器所能携带的能量为P，充电器个数k取初始值为

步骤5：按步骤3规划好的回路顺序将集合S中的传感器节点分为k组，除最后一组外每组传感器节点个数为

步骤6：以基站为起点和终点，重新优化每组组内路径；

步骤7：若优化后各组内总充电耗能均不超过充电器的携带能量，即W_i≤P，则转入步骤9，其中，1≤i≤k；

步骤8：将k值增加1，重新规划分组，即转入步骤5；

步骤9：设移动充电器数目为N_c,将k赋值给N_c，从基站同时派出N_c个移动充电器为待充集合S补充能量，分别沿着已规划的各条分组回路进行充电，充电结束后，所有移动充电器均回到基站进行能量补给并等待下一轮充电。

作为本发明一种基于多移动充电器的无线传感器网络能量补充方法的进一步优选方案，所述步骤3构成回路的方法具体如下：

步骤3.1，找到距离基站最近的传感器节点插入回路，编号为1号传感器节点；

步骤3.2，再从剩余传感器节点中寻找距离1号传感器节点最近的传感器节点插入回路，编号为2号传感器节点；直到集合S中的所有传感器节点都加入回路中。