[发明专利]一种多跳无线可充电传感器网络中谐振中继器部署方法

摘要

本发明公开了一种多跳无线可充电传感器网络中谐振中继器部署方法，属于无线可充电传感器网络中节点能量补充领域。在无线可充电传感器网络中引入谐振中继器来实现对传感器节点的多跳充电，可显著地延伸移动小车的充电距离，降低节点的充电时延。本发明提出一种包括两个步骤的谐振中继器位置确定策略：第一步利用蜂窝六边形分割整个网络以保证中继器对于传感器节点的充电覆盖；第二步对中继器的位置进行优化调整以实现在保证充电覆盖条件下所需中继器数量的最小化。该策略有利于实现使用少量的谐振中继器对网络中传感器进行多跳无线充电。本发明能够以一种较低成本的方式有效解决无线传感器网络中节点的能量受限问题，实现网络的可持续性运行。

主权项

1.一种多跳无线可充电传感器网络中谐振中继器部署方法，其特征在于：包括如下步骤：

Step1：建立一个无线可充电传感器网络模型：在一定的监测区域内随机地部署10个以上传感器节点，移动充电装置以及对应的基站均部署于监测区域的左下方的位置；SNi表示传感器节点构成的集合，下标i表示第i个传感器节点；每个传感器节点自身携带的电池容量为Emax，维持第i个传感器节点生存能量阈值为Emin，RSi(t)表示节点在t时刻电池的剩余能量，S表示服务池中节点的集合，Q表示充电候选节点集合；节点能量消耗周期为ECi，

初始时传感器节点信息为SNi(flag(i)＝0,tab(i)＝0)，其中flag(i)＝0表示该节点未被访问处理，tab(i)＝0表示传感器节点i不属于任何中继节点的充电范围；基站具有足够的电量和通信能力，它位于监测区域的左下方，用于收集传感器节点的充电请求信息和网络事件信息并转发给移动充电小车；移动充电小车的电池容量为E，移动速度为V(m/s)，充电速率为C，可移动到基站的电量阈值为Emc；在无线可充电传感器网络中的中继节点的集合为RN(mark＝0)，其中mark＝0表示未选为待调整的中继节点，第k个中继节点为RNk，传感器节点集合SNi中的tab(i)＝k表示该节点在RNk的充电覆盖范围内，中继节点的最大充电范围为R(R＝3m)；移动充电小车的电池能量E＝Emc时，则移动充电小车移动到基站位置来补充能量，等待下个充电指令的到来；

Step2：根据无线可充电传感器网络中传感器节点信息，对网络中传感器节点之间的连通性进行了研究，解决了节点在充电基础上的全覆盖问题；

Step3：根据无线可充电传感器网络的区域面积和传感器节点的位置信息来确定中继节点在网络中的最大充电范围位置；

从以下两种情况来讨论中继节点的具体部署：

A.蜂窝六边形的性质来分割无线可充电传感器网络并确定中继节点的位置；

B.利用两节点的中点性质来解决一个中继节点覆盖一个传感器节点的问题；

Step4：充电小车利用在线充电方式中的距离优先策略给传感器节点充电。

2.根据权利要求1所述的一种多跳无线可充电传感器网络中谐振中继器部署方法，其特征在于，所述Step2中，深入分析网络中传感器节点之间的连通性具体步骤为：

假设谐振中继器节点(RN)的最大充电半径为R，无线可充电传感器网络中的中继节点和传感器节点以及无线链路的边可以表示为：

Γ＝(U,Z),U＝SUZ

其中，Γ表示无线可充电传感器网络图，U表示网络中节点的个数，S表示传感器节点，Z表示中继器节点，

网络中的边Eij满足以下条件:

其中，R是中继节点的最大充电覆盖半径，Lij表示节点i到节点j之间的距离，x表示网络中传感器节点的个数，n_i,n_j分别表示第i个和第j个传感器节点；

网络的连通性可以用如下公式计算：

其中，φ(Γ)表示网络的连通性，Eij表示网络中的边，x表示网络中传感器节点的个数，n_i,n_j分别表示第i个和第j个传感器节点。

3.根据权利要求1所述的一种多跳无线可充电传感器网络中谐振中继器部署方法，其特征在于，所述Step3中的步骤A，利用蜂窝六边形的性质来分割无线可充电传感器网络并确定中继节点的位置，具体步骤为：

监测区域的最大覆盖率是研究的目标，基于网络的连通性，我们利用蜂窝六边形来平均分割传感器网络达到全覆盖的目的；

1)计算任意正六边形的中点坐标

在无线可充电传感器网络中，假设存在任意一个正六边形ABCDEF，若已知点C(x,y)，满足点Q∈S，求解目标是中继节点Q的坐标，连接CQ，BE，AC，边AC与BE相交于点K，平移CK至Q点交CD于G，假设Q点坐标为(X,Y)，由于CQ为RN的最大充电半径R，由欧几里德距离公式以及正六边形的性质可得：

综上所述，知道正六边形的C点坐标，可得正六边的中点坐标：R为谐振中继器的最大充电范围；

2)计算无线可充电传感器网络中任意相邻的正六边形的中点坐标

在无线可充电传感器网络中，假设存在任意相邻的三个正六边形，三个中点分别为RN1＝(x1,y1)，RN2＝(x2,y2)，RN3＝(x3,y3)，满足RN1，RN2，RN3∈S，已知节点RN2＝(x2,y2)，目标是求解中继节点RN1，RN3的坐标，连接三个顶点可以得到三条边分别为d1，d2，d3∈E，A为三个正六边形的交点，过点RN1做边d2的垂线交于点E，连接A‑RN3，

由正六边形的性质以及勾股定理可知：

综上所述，知道RN2的坐标，可得：

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