[发明专利]一种基于混合充电策略的传感器部署方法

说明书

本发明公开了一种基于混合充电策略的传感器部署方法。无论是仅通过采集环境能量还是仅通过充电小车进行充电都有明显的缺陷。本发明方法是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来实现能量中性的永久覆盖。本发明方法能够充分利用太阳能等外部自然能源作为传感器能量补充，减少对移动充电的需求，节约了传感器网络的部署成本。

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，具体涉及一种基于混合充电策略的传感器部署方法。

背景技术

传感器网络中的传感器节点一般由容量有限的电池供电。为了部署永久运行的无线传感器网络，必须考虑传感器的能量补充问题。频繁更换电池或部署大量冗余传感器均会导致成本太高。近年来，能量采集技术被应用于无线传感网络中，将环境中的太阳能、风能、热辐射等能量转化为电能，通过在传感器节点上配备能量采集模块，来延长其自身寿命。

当遭遇极端天气时（如仅配备太阳能采集模块的传感器网络遇到连续降雨时），仅依靠外部环境能源很可能不足以覆盖网络所需的能量。此时，可以依靠一辆充电小车在网络内为电量不足的传感器提供无线充电。充电小车通过调度算法在网络内依次移动到电量不足的传感器节点附近并对其进行无线充电。但是充电小车在传感器之间移动会消耗大量的能量。此外，部署充电小车的成本比部署传感器节点的成本要大得多。因此，如果将充电小车作为唯一的传感器能量补充方式，会导致成本较高。

无论是仅通过采集环境能量还是仅通过充电小车进行充电都有明显的缺陷。为了解决上述问题，本发明提出将这两种能量补充策略结合起来，用于同时配备能量收集模块和无线能量接收器的无线传感器网络的能量补充。当传感器需要补充能量时，首先充分采集环境能量。当能量采集速率小于传感器的能量消耗速率时，采用充电小车补充传感器节点的能量缺口，以实现无线传感器网络的持久运行。

发明内容

本发明的目的就是针对现有能量补充方法中存在的问题，提供一种基于混合充电策略的传感器部署方法。

本发明方法是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来实现能量中性的永久覆盖。

本发明采用的无线传感网络具体如下：

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，每个监测目标满足一定阈值的概率覆盖；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的某一个固定充电站出发，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。具体实现方法如下：

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；