[发明专利]一种射频充电无线传感器网络中基站的位置优化方法

摘要

本发明公开了一种射频充电无线传感器网络中基站的位置优化方法，本发明结合两射频基站发射的射频电波在同一传感器节点处产生干涉现象这一特点，通过对同一等待充电传感器节点处两列电波的叠加分析，得出两射频基站的位置差与等待充电传感器节点充电效率的关系，进而计算出使整个网络充电效果最优的两基站位置。这一发明应用到射频充电无线传感器网络中，可以大幅度地提高等待充电节点的充电效率，从而延长整个无线传感器网络的寿命，同时减少整个系统的宕机时间。

主权项

一种射频充电无线传感器网络中基站的位置优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：设两个基站为ET1、ET2，等待充电传感器节点为S1，ET1到S1的距离为r1，ET2到S1的距离为r2，射频电磁波波长为λ，分析在射频充电无线传感器网络中，当两个基站同时发射射频能量时，在S1处存在着射频建设性增强现象或射频摧毁性衰减现象；步骤2：分析S1的充电效率η与两基站发出电磁波在S1点处相位差的关系；步骤3：分析以下情况下射频充电无线传感器网络中基站的最优停靠位置；情况一：若两个基站ET1、ET2为一个传感器节点S1充电，则：只需控制两基站停靠在距离S1为kλ的同心圆上即可；其中，λ为射频电磁波波长，k为整数，1≤k≤65；情况二：若两个基站ET1、ET2为两个传感器节点S1、S2充电，则：只需控制两基站停靠在距离S1为kλ与距离S2为kλ的同心圆上的交点上即可；情况三：若两个基站ET1、ET2为三个传感器节点S1、S2、S3充电，则：(1)若S1、S2、S3共线，则只需要保证ET1与ET2处于三个节点的同侧且两基站间的距离差为kλ，就能够使所有传感器节点处产生建设性干涉，充电效果最优；(2)若S1、S2、S3不共线，设S2，S3的坐标分别为(0，d)和(0，‑d)，S1节点的坐标为(x1,y1)；以S2，S3的连线为Y轴，以连线的垂直平分线为X轴建立平面直角坐标系，在X轴上寻找对称的两点A(‑c，0)和B(c，0)，使得A到S1的距离与B到S1的距离之差为kλ，若这样的两点存在，两基站分别停靠在这两点上，就能够实现S1，S2，S3处同时产生建设性干涉；情况四：若两个基站ET1、ET2为N个传感器节点充电，N＞3，则：(1)若N个传感器节点共线，则只需要保证ET1与ET2处于N个节点的同侧且两基站间的距离差为kλ，就能够使所有传感器节点处产生建设性干涉，充电效果最优；(2)若N个传感器节点不共线，首先推导出节点充电效率η公式，每个η值对应一个值ε，进而对应一个距离区间[kλ‑ε,kλ+ε]；若两基站到等待充电传感器节点间距离差落入该区间内，则该节点处的充电效率至少为η；在N个节点中任选三个节点，按照上述情况三中的方式构建平面直角坐标系并计算出两个移动基站ET1和ET2的停靠位置，共有种选择，此时，选中的三个传感器节点处都能实现建设性干涉，可接收能量显著增强，又因为对于每一种选择，两基站停靠位置与等待充电传感器节点间的距离差为kλ，k为变量，设k的最大值为m；因此N个节点充电问题共有种方案；任选其中的两种方案设为A，B，对于剩余的N‑3个节点，分别计算节点到两个基站的距离差，并进行下列判断：若A方案中距离差落入[kλ‑ε,kλ+ε]的节点数目>B方案中距离差落入[kλ‑ε,kλ+ε]的节点数目，则A方案优；若A方案中距离差落入[kλ‑ε,kλ+ε]的节点数目＝B方案中距离差落入[kλ‑ε,kλ+ε]的节点数目，则比较两种方案中落入区间[kλ‑ε,kλ+ε]中的节点到两个基站的距离差的绝对值对波长取余后的和值，和值小的方案优；考虑所有方案之后，求得最优解。