[发明专利]一种基于混合充电策略的传感器部署方法

权利要求书

1.一种基于混合充电策略的传感器部署方法，采用的无线传感网络是在一个正方形的二维平面上有多个监测目标需要通过部署传感器进行覆盖，每个监测目标满足设定阈值的概率覆盖；所部署的传感器通过两种方式来补充能量，一种方式是通过采集环境中的太阳能，另一种是通过一辆可移动的充电小车提供无线充电；平面内不同位置的太阳能充电功率不同；一辆能量有限的充电小车从平面内固定充电站出发，对所获取太阳能小于能量损耗的传感器节点补充能量，并可返回充电站补充自身能量；其特征在于：

将传感器部署在监测目标的位置，并通过合并传感器的方式减少传感器的数量；当充电小车的电池容量不足时，通过向太阳能充沛的区域调整传感器的方式，减少充电路径中待充电传感器的数量；当充电小车的电池容量仍然不足时，调整充电序列中剩余传感器的位置，构造更短的充电路径；当充电小车的电池容量还是不足时，通过在太阳能充沛区域多放置传感器的方式实现能量中性的永久覆盖。

2.如权利要求1所述的一种基于混合充电策略的传感器部署方法，其特征在于，该方法具体如下：

步骤(1)多个监测目标构成监测目标集合，表示第个监测目标；在每个监测目标位置部署一个传感器，构成传感器集合，表示第个传感器，，为传感器数量，即监测目标数量；

步骤(2)判断每个传感器能否仅通过太阳能充电即可达到能量中性，能达到能量中性的传感器构成第一传感器集合，不能达到能量中性的传感器构成第二传感器集合，即；

步骤(3)对第二传感器集合中每个传感器对应的监测目标设定阈值圆，判断每个监测目标的阈值圆与其他监测目标的阈值圆是否有交集，阈值圆没有交集的监测目标对应的传感器构成第三传感器集合，阈值圆有交集的监测目标对应的传感器构成第四传感器集合，即；

步骤(4)对第二传感器集合中的传感器，计算其能量缺口，即传感器监测功率与太阳能充电功率的差值，使用TSP算法规划充电小车的充电路线；根据充电路径，如果充电小车从充电站出发，对第二传感器集合中的所有传感器进行充电后，其剩余电量能够支撑充电小车回到充电站给自身补充电量，则执行步骤(5)，否则执行步骤(6)；

步骤(5)减少传感器数量：对于形成每个阈值圆交集区域的监测目标对应的第四传感器集合中的两个或两个以上的传感器，仅保留其中一个传感器，并将该传感器置于交集区域，移除其他传感器；置于交集区域的所有传感器构成第五传感器集合；则最终保留的传感器集合，将中传感器数量以及中每个传感器的位置信息上报，完成最终部署；

步骤(6)对第二传感器集合中每个传感器对应的监测目标的阈值圆，与仅凭太阳能即可达到能量中性的区域取交集；交集不为空的阈值圆对应的监测目标所在位置的传感器构成第六传感器集合，交集为空的阈值圆对应的监测目标所在位置的传感器构成第七传感器集合，即；

步骤(7)将第六传感器集合中每个传感器移动到其对应监测目标的阈值圆与区域交集的区域中；

使用TSP算法再次规划充电小车对中传感器的充电路线，根据再次规划的充电路径，如果充电小车从充电站出发，对第七传感器集合中的所有传感器进行充电后，其剩余电量能够支撑充电小车回到充电站给自身补充电量，则执行步骤(8)，否则执行步骤(9)；

步骤(8)最终保留的传感器集合，将中传感器数量以及中每个传感器的位置信息上报，完成最终部署；

步骤(9)调整第七传感器集合中传感器位置：对第七传感器集合中每个传感器的阈值圆的圆心与充电站连线，得到线段，将传感器移动到线段与阈值圆的交点处；

步骤(10)使用TSP算法第三次规划充电小车的充电路线，根据第三次规划的充电路径，如果充电小车从充电站出发，对第八传感器集合中的所有传感器进行充电后，其剩余电量能够支撑充电小车回到充电站给自身补充电量，则执行步骤(11)，否则执行步骤(12)；

步骤(11)最终保留的传感器集合，将中传感器数量以及中每个传感器的位置信息上报，完成最终部署；

步骤(12)增加传感器数量：第八传感器集合中多个传感器对应的监测目标构成第一监测目标集合，对第一监测目标集合中每个监测目标设定覆盖圆，；计算每个监测目标的覆盖圆内的平均太阳能充电功率，并按照功率由低到高进行排序，排序后监测目标对应的传感器构成第九传感器集合；

将第九传感器集合中的传感器从前到后逐个加入到第十传感器集合中，每当有一个传感器加入到中，利用TSP算法规划一次充电小车的充电路线，直至满足中的所有传感器进行充电后，剩余电量能够支撑充电小车回到充电站给自身补充电量最多能够加入的传感器，最终的第十传感器集合中的传感器覆盖的监测目标构成第二监测目标集合，未覆盖的监测目标构成第三监测目标集合，即；

步骤(13)对中的监测目标，在其覆盖圆内计算距离其最近的仅凭太阳能即可达到能量中性的位置，在该位置上放置传感器以达到覆盖要求；放置的传感器的数量，为传感器对监测目标的覆盖增益，为传感器对监测目标的覆盖概率，表示向上取整；为覆盖第三监测目标集合中的所有监测目标而放置的传感器构成十一传感器集合；最终保留的传感器集合，将中传感器数量以及中每个传感器的位置信息上报，完成最终部署。