[发明专利]一种基于虚拟骨干网的移动能量补充方法

说明书

本发明涉及了一种基于虚拟骨干网的移动能量补充方法，属于无线传感器网络技术领域。在无线传感器网络中，骨干网可方便地实现数据聚合，有利于达到能量高效的数据收集，但是其面临着骨干节点能量消耗过快，易出现因节点能量耗尽而导致骨干网连接中断的问题。本发明提出了利用移动能量补充技术来解决无线传感器网络中骨干网节点的能耗过快问题，同时也兼顾对非骨干节点的能量补充。该方法根据节点的通信量计算其充电优先级，选择优先级最大的节点作为充电候选节点以优先满足高负载节点的能量需求，有效避免了节点因能量耗尽而失效。本发明为实现具有骨干网的无线传感器网络的长生存周期和可持续运行提供了一种新的方法。

技术领域

本发明涉及一种基于虚拟骨干网的移动能量补充方法，属于无线可充电传感器网络技术领域。

背景技术

无线传感器网络由大量的传感器节点组成，网络中的传感器节点可以采集其感知半径内的网络环境信息，并将收集到的信息进行数据聚合，处理之后，通过多跳的方式将信息发送给基站节点，然后由基站将信息上传给网络供用户分析、使用。然而无线传感器节点由自身携带的电池供电，受体积，成本，电池容量等技术的限制，也就是说网络中的节点随时都有可能因能量不足而失效，从而导致网络中断，数据丢失，节点感知覆盖空洞，甚至网络瘫痪等。此外，无线传感器网络中节点是随机部署在人类很难达到的环境中，电池能量受限问题阻碍了网络长时间运行，因此，解决网络中节点能量成为关键挑战。

在无线传感器网络中，延长网络生存时间有两个方面，一是降低节点的能量消耗，二是通过外界进行能量补充，减低节点能耗可以通过采用数据聚合，休眠等方式，让其在单位时间内消耗更少的能量。能量补充一般通过移动充电装置进行充电，充电装置可以靠近节点后对其充电，也可以长距离进行充电，但是长距离充电能量损耗比较大，同时稳定性较差。

在无线可充电传感器网络中，如何选择充电目标以及MC充电路线直接影响到网络的运行效率，MC为移动充电装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于虚拟骨干网的移动能量补充方法，目的在于确定网络中节点的充电优先级，充电优先级大小刻画了网络中节点的负载情况，本发明提出首先为优先级最大的节点进行充电，避免了节点快速进入能量饥饿状态，从而延长了网络生存时间。

本发明中基于虚拟骨干网的移动能量补充方法首先是确定网络中的骨干节点与非骨干节点，由于骨干节点在网络中具有很好的连通性和网络覆盖性，同时还能得到有效的路由路径，很大程度上节约了传感器节点的能量消耗。在网络运行时，非骨干节点负责感知周围环境信息，并将信息发送给邻近的骨干节点，骨干节点负责将信息以多跳的方式发送给基站。

在网络中，传感器节点周期性的产生信息，MC每隔一段时间间隔计算一次节点的信息交互率并对数据进行更新，当网络中有节点提出充电请求时，将其保存在充电服务池中，然后根据上文提出的方法计算充电服务池中的所有节点的优先级。按照优先级从大到小的顺序进行能量补充，对于充电完成后的节点，将其从服务池中删除。不断重复充电工作，采用本发明提出的能量补充方法，能有效的延长网络寿命。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于虚拟骨干网的移动能量补充方法，移动充电装置MC始终优先选择节点优先级最大的节点进行充电，非骨干节点周期性的采集并发送信息，骨干节点接收信息并以多跳的方式将信息传递给sink节点，骨干节点等到所有邻接点发送的信息到达并进行数据融合之后才转发，在整个充电过程中优先给骨干节点进行能量补充，具体包括如下步骤：

Step1、MC充电前，首先计算充电服务池中每个待充电节点v_i的当前最大充电容忍延迟，待充电节点的最大充电容忍延迟D_i(t)为：