[发明专利]无线可充电传感网络的全向充电基站部署方法

摘要

本发明公开了一种无线可充电传感网络的全向充电基站部署方法。本发明采用全向充电基站模型；且采用的无线可充电传感网络为在一个H*W的二维平面上，随机部署了N个可充电传感器；每个全向充电基站能为同时为多个传感器充电，同样每个传感器也能同时被多个全向充电基站充电，具体部署步骤如下：步骤1：对充电效率函数进行离散化；步骤2：通过画同心圆得出子区域；步骤3：分配全向充电基站的充电功率；步骤4：选择基站最少的作为部署方案。本发明考虑了无线传感网络中多个基站的协作以及基站充电功率的分配模型，更加符合实际应用场景；采用了带上界约束的启发式贪心算法，运行时间快同时结果准确度高，适用于传感器规模较大的应用场景。

主权项

1.无线可充电传感网络的全向充电基站部署方法，其特征在于采用全向充电基站模型；且采用的无线可充电传感网络为在一个H*W的二维平面上，随机部署了N个可充电传感器；每个全向充电基站能为同时为多个传感器充电，同样每个传感器也能同时被多个全向充电基站充电，具体部署步骤如下：步骤1：对充电效率函数进行离散化；步骤2：通过画同心圆得出子区域；步骤3：分配全向充电基站的充电功率；步骤4：选择基站最少的作为部署方案；步骤1所述的对充电效率函数进行离散化，具体如下：将充电效率函数P(d)按照给定的离散化常数ε分成等比的L份；也就是说，把中距离d的取值范围分成L份，分别为[D₀,D₁],(D₁,D₂],…,(D_L‑1,D_L]，并满足其中，α和β是由充电硬件决定的参数值，D为充电装置的最大充电距离，D₀＝0，D_L＝D；可得离散化后的充电效率函数为当两个基站与某传感器之间的距离在同一个取值范围内时，这两个基站对传感器充电时的充电效率相同；步骤3所述的分配全向充电基站的充电功率，首先根据步骤1中得到的离散化的充电效率函数，将全向充电基站充电区域内的传感器按照充电效率从大到小降序排列，基站优先为充电效率高的传感器充电；其次当基站c被部署在某个子区域时，根据该基站与所有传感器S＝{s1,s2,…,sn}的距离，将充电效率分成L份，并将传感器按照充电效率从高到底排列，得L个传感器集合S1,S2,…,Sl,…,SL；L个传感器集合的充电优先级从高到低为S1>S2>…>SL；设传感器s_j在单位时间内的能量消耗为Pw_j，则单位时间内任意一个基站c_i对传感器s_j分配的电量不应该超过Pw_j；即基站c_i对传感器s_j分配的充电功率有一个上界，为用CM代表全向充电基站的最大输出功率，则对全向充电基站的充电功率进行分配分为以下步骤：3‑1、初始化l＝1，基站未分配的充电功率CMremain＝CM；3‑2、判断CMremain是否为0，若是，分配方案结束；3‑3、判断集合Sl是否为空集，若是，转到步骤3‑5；3‑4、将CMremain平均分配给Sl中的所有传感器，并保证每个传感器分配到的充电功率不超过其充电功率上界；3‑5、l＝l+1，判断l是否大于L，若是，则分配方案结束；否则，根据步骤3‑4中基站充电功率的分配结果，重新计算基站未分配的充电功率CMremain，转到步骤3‑2；步骤4所述的选择基站最少的作为部署方案，具体如下：首先：单位时间内在保证自身持续工作时，传感器应该获得的最少能量，称为能量需求；当传感器sj不被任何基站充电时，其能量需求为Pwj；当传感器能够持续工作时，其能量需求为0；当传感器只被提供了部分能量△E时，其能量需求为Pwj‑△E；传感器s_j从基站c_i获得的不会被浪费的充电功率，称为基站c_i对传感器s_j的有效充电功率单位时间内充电基站c_i对传感网络中所有传感器的有效充电功率之和，称为基站的充电效用其次：用整数向量K＝{k1,k2,…,kx}表示x个子区域中部署的全向充电基站个数；带上界约束的启发式贪心算法，具体包括以下步骤：4‑1、初始化部署策略K＝{k1,k2,…,kx}，令其中所有的值均为0，根据步骤4中的描述，计算出所有传感器的电量需求Req＝{req1,req2,…,reqN}；4‑2、根据传感器的电量需求Req，根据步骤4中的描述，计算出所有子区域中，每个基站位置的充电效用E＝{E1,E2,…,Ex}；4‑3、从所有基站位置中选择充电效用最高的基站位置ci，并令部署策略K中的ki＝ki+1；其中i表示第i个子区域；4‑4、根据部署策略K，按照根据步骤4中的描述，重新计算整个传感网络中各个传感器的电量需求Req；若Req中的值都为零，则得到一个可行的部署策略K；否则，转到步骤4‑2；4‑5、计算部署策略K中所有元素之和Sum K；若Sum K>N，则令部署方案K为充电基站与传感器一一对应的情况；否则，当Sum K≤N时，部署方案K不需要被修改；算法结束；步骤2所述的通过画同心圆得出子区域，具体如下：对于每个传感器，都以传感器自身为圆心，分别以距离D1,D2,…,DL为半径，画出L个同心圆；在拥有N个可充电传感器的传感网络中，一共可以画出N*L个圆；此时，整个平面区域被划分成的子区域总数x为x≤(N·L)2‑N·L+2；易知，在同一子区域内的两个基站，对所有传感器的充电效率都相同。