[发明专利]一种无线传感器网络中无人机辅助充电的方法

说明书

本发明公开了一种无线传感器网络中无人机辅助充电的方法，无线传感器网络包括传感器节点、SDN控制器，在传感器网络中，当传感器电量低于某个阈值时，向无人机发出充电请求，无人机从基站出发，在传感器网络中移动，无人机通过对多个传感器传送的信息进行分析，进行无人机充电路径和各个节点充电时间的决策规划，综合考虑无人机剩余电量、传感器剩余电量、充电移动距离等因素，使用“虚拟距离”对充电紧急程度进行评价，保证网络中没有传感器因为电量过低而宕机、无人机在整个充电过程中能量损耗最小，本发明在无线传感器网络能量受限的情况下对节点进行调度，节约能量消耗，延长网络寿命。

技术领域

本发明涉及无人机行业以及无线充电技术领域，尤其是无人机给传感器网络充电的过程中合理的路径方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)因为其具有广阔的应用前景而受到越来越多的研究关注，这些应用一般都是基于传感器节点长时间维持有效的工作状态，比如环境监测、目标追踪、室内导航等。虽然目前有固定充电桩及充电车等地面可移动充电装置，但是它们不具备无人机速度快、移动灵活、视距传输、受地形影响较小等一系列优点，因而研究无人机辅助的无线传感器网络的高效充电算法具有很重要的意义。

考虑到无人机工作时自身也存在能量消耗，在实际充电过程中无人机的飞行距离及节点剩余电量情况需要综合考虑。目前已有很多算法研究无线传感器网络中节点的充电问题，但大多为只考虑了某一方面最优解的确定性算法。确定性方法以能量分布模型为基础将能量充电问题转变为TSP问题，节点的位置以及节点的能量消耗比率被认为确定的因素，这在实际应用中存在一定的限制，因为确定的因素并不容易去获得和维持，因而相比于非确定性算法在性能上有一定的劣势。本发明在软件定义网络(Software DefinedNetworking,SDN)技术的基础上，设立NNRF参数为依照，在不破坏无线传感器网络自组织特性的前提下，最小化休眠数量且最大化无人机能效，延长网络寿命，具有可观的应用前景。

发明内容

发明目的：将无人机作为可移动的充电电源，尽可能最小化无线传感器网络中的因为能源不足而失去工作能力的节点(休眠节点)数量以及最大化无人机自身的能效从而为更多的传感器节点传输能量，本发明提供一种无线传感器网络中无人机辅助充电的方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无线传感器网络中无人机辅助充电的方法，无线传感器网络包括传感器节点、SDN 控制器，所述SDN控制器分别与传感器节点、无人机通信连接，在传感器网络中，当传感器电量低于某个阈值时，向无人机发出充电请求，无人机从基站出发，在传感器网络中移动，无人机通过对多个传感器传送的信息进行分析，进行无人机充电路径和各个节点充电时间的决策规划，综合考虑无人机剩余电量、传感器剩余电量、充电移动距离等因素，使用“虚拟距离”对充电紧急程度进行评价，保证网络中没有传感器因为电量过低而宕机、无人机在整个充电过程中能量损耗最小，具体包括以下步骤：

步骤1，网络初始化：所述无线传感器网络在启用前，初始化无线传感器网络中的所有传感器节点为休眠状态。当无线传感器网络开始启用时，无线传感器网络中的传感器节点开始被唤醒工作。被唤醒的传感器节点向SDN控制器发送自身的状态信息，状态信息包括对应传感器节点当前时隙在网络中的地址、初始能量、剩余能量以及与无人机之间的距离。SDN控制器接收到传感器节点的状态信息后，为已被唤醒的传感器节点建立信息表，并将接收到的传感器节点状态信息分别存储在对应信息表中。SDN控制器根据已经建立的信息表为无人机作出第一个充电目标判定。

步骤2，对于无线传感器网络中的任意一个待充电的传感器节点i，无人机在为无线传感器网络充电的过程中，无人机的调度方法包括：

步骤2-1，在每个新时隙开始时，传感器节点i根据自身剩余电量以及无人机的位置向SDN 控制器发送自身的状态信息。当SDN控制器接收到传感器节点i的状态信息时，执行以下步骤：