[发明专利]高功耗WRSNs中基于SOM神经网络的多基站协同充电方法

说明书

本发明公开一种高功耗WRSNs中基于SOM神经网络的多基站协同充电方法，步骤如下：利用SOM神经网络对WRSNs划分类别；在各个类别内添加一级移动充电器，直到所有传感器节点均被添加到充电列表内；根据一级移动充电器充电列表内传感器节点的连通性贡献形成充电序列，并生成一级移动充电器充电路径；利用遗传算法根据一级充电器的驻留点规划最短路径，在该路径上配备二级移动充电器和设立基站；每个充电周期内，一级移动充电器对传感器节点充电，二级充电器对一级充电器充电。两者同时运行，通过无线充电电池作为媒介进行充电。本发明具有的有益效果：算法复杂度小，能够准确划分传感器类别，实现传感网全覆盖充电，降低移动能量损耗和充电损耗。

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，具体涉及一种工业物联网背景下的高功耗的WSNs中基于SOM神经网络的多基站协同充电方法。

背景技术

工业物联网中，传感器网络应用广泛。但是，给旋转设备加上传感器以监视设备的工作状况，大型工业环境监测等，都不可能使用有线连接。因此无线传感器网络蓬勃发展，统一部署的高功耗高密度无线传感网(工业酒厂发酵桶智能测控，工业食醋发酵桶管理等)，传感器节点长期处于工作状态，能耗较高，相同跳数节点具有接近的能耗，接近分布在一个个圆环上，具有大型高密度高功耗等特点。推动工业物联网中无线传感网发展关键在于解决传感器节点能源有限问题。

无线充电传感器网络在近来的研究中得到了关注，包括规划移动充电车路径，进行充电决策，并设计移动充电车的协调。在一些研究中，移动充电器周期性在无线传感器网络中移动，并对其范围内的传感器进行充电。研究大都规划移动充电器路径来最大化移动充电器停留在基站(BS)的时间。一些研究也提出按需移动充电策略来最大限度地提高移动充电器工作效率。此外，这些方案都使用单个基站配备一个或多个移动充电器来给传感器充电。然而，工业物联网背景下的无线传感网节点数目众多，它们可能无法覆盖足够的传感器，特别是对于能量有限的。在工业物联网背景下，大型无线传感网中传感器节点长期处于工作状态，能耗较高，保证所有传感器节点能量得到及时补充极为重要。此外，大型高功耗无线传感网充电周期短，发生充电故障时难以及时修复，连通性贡献大的节点需要被优先充电，放在充电序列前端，减少充电故障发生时对无线传感网的影响

在最近的研究中，2017年，《Collaborative mobile charging policy forperpetual operation in large-scale wireless rechargeable sensor networks》提出，网络被划分为多个区域，每个区域内节点具有相近能量消耗。为了提高充电效率，作者提出了一种自适应的充电算法，在这个算法中，移动充电器的变化基于每个区域的能量消耗。但是，工业物联网背景下，无线传感网密度很大，该算法划分区域办法难以实现准确划分。

2015年，Sheng Zhang等在《Collaborative Mobile Charging》提出，移动充电器不仅可以给传感器充电，而且还可以相互充电。作者提出了一种名为PushWait的理论协同充电方案，以最大限度地提高充电效率。但该算法涉及充电车之间频繁充电，每次充电车之间充电都会造成充电损耗。

2018年，Haolin Liu等在《Recharging Schedule for Mitigating Data Loss inWireless Rechargeable Sensor Network》提出，可按照连通性贡献生成充电序列，保证无线传感器网络关键节点被及时快速充电，保障无线传感器网络平稳安全运行。

综上所述，虽然无线可充电网络取得了很大进展。但是，由于工业物联网背景下的无线可充电网络具有大型高密度的特点，仍有一些问题需要针对性研究：

(1)大型无线可充电传感网络难以实现所有的传感器充电覆盖问题；

(2)大型高功耗无线传感网中能耗较高的传感器节点造成传感器节点能量难以得到及时补充问题；