[发明专利]一种基于凸包选择的定点无线充电基站部署方法

摘要

本发明公开了一种基于凸包选择的定点无线充电基站部署方法。现有无线可充电传感器网络的充电基站位置规划缺少灵活性，实际应用中存在一定的不足。本发明如下：一、建立平面直角坐标系，将与n个无线可充电传感器分别位置对应的n个普通节点放入平面直角坐标系。二、求出候选基站的部署位置，并确定候选基站的覆盖节点集合。三、确定充电基站的部署位置。四、将步骤二和三确定的各基站部署位置上布置充电基站。本发明通过对各普通节点计算凸包的方式，提高充电基站部署位置的效果，并大大减小了计算量。本发明摆脱了现有方法中需要事先假设基站在某些固定区域的束缚，根据无线传感器网络中无线可充电传感器的位置信息。

主权项

1.一种基于凸包选择的定点无线充电基站部署方法，其特征在于：步骤1、建立平面直角坐标系，将与n个无线可充电传感器分别位置对应的n个普通节点放入平面直角坐标系；n个普通节点组成的集合为普通节点集合U；将1赋值给i；步骤2、求出候选基站的部署位置，并确定候选基站的覆盖节点集合；2‑1、建立初始为空集的候选基站集合Si；建立候选传感器集合CU；候选传感器集合CU，令候选传感器集合CU与普通节点集合U相等；2‑2、根据候选传感器集合CU内各个普通节点的坐标，求出候选传感器集合CU的凸包，将1赋值给k；2‑3、选取步骤2‑2所得凸包的其中一个顶点，作为第i个候选基站ci的第1个覆盖节点qi,1，加入第i个候选基站的覆盖节点集合Qi中；将第i个候选基站ci的第1个覆盖节点qi,1从候选传感器集合CU中移除；第i个候选基站ci的第1个覆盖节点qi,1的坐标为(xi,1,yi,1)；以第i个候选基站ci的第1个覆盖节点qi,1的位置作为第i个候选基站的初始位置；第i个候选基站的初始位置的坐标为(ai,1,bi,1)，ai,1＝xi,1，bi,1＝yi,1；2‑4、取候选传感器集合CU内与坐标(ai,k,bi,k)距离最近的普通节点，作为候选节点；候选节点的坐标为(x′,y′)；将候选节点从候选传感器集合CU移除；2‑5、计算基站更新预测坐标(a′,b′)；其中，a′的表达式如式(1)所示；b′的表达式如式(2)所示；式(1)和(2)中，w_i,j表示第i个候选基站c_i的第j个覆盖节点q_i,j对应的无线可充电传感器的功率；x_i,j为第i个候选基站c_i的第j个覆盖节点q_i,j的横坐标；y_i,j为第i个候选基站c_i的第j个覆盖节点q_i,j的纵坐标；w′为候选节点对应的无线可充电传感器的功率；β的取值为η为充电基站与无线可充电传感器紧挨在一起时的传输效率；α的取值为G_t为充电基站的发射天线的增益大小；G_r为无线可充电传感器的接收天线的增益大小；λ为充电基站与无线可充电传感器进行无线传输时所用电磁波的波长；2‑6、计算第i个候选基站c_i的记入候选节点的充电休眠时长如式(3)所示；式(3)中，T为充电基站的充电周期，其表达式如式(4)所示；ti,j为第i个候选基站ci的第j个覆盖节点的充电时长，其表达式如式(5)所示；t′为候选节点的充电时长，其表达式如式(6)所示；式(4)中，CM为各无线可充电传感器的电池容量；wmax为各无线可充电传感器中的功率最大的传感器的功率；式(5)中，P_t为充电基站的额定功率；P(d_ij)为间距等于d_ij的充电基站与无线可充电传感器之间的充电效率，其表达式为d_ij为第i个候选基站c_i的第j个覆盖节点q_ij与坐标(a′,b′)之间的距离；式(6)中，P(d′)为间距等于d′的充电基站与无线可充电传感器之间的充电效率，其表达式为d′为候选节点与坐标(a′,b′)的距离；进入步骤2‑7；2‑7、若则将候选节点作为第i个候选基站c_i的第k+1个覆盖节点q_i,k+1加入第i个候选基站的覆盖节点集合Q_i，将第i个候选基站c_i的坐标更新为(a_i,k+1,b_i,k+1)，a_i,k+1＝a′，b_i,k+1＝b′；将k增大1，并进入步骤2‑8；若则直接进入步骤2.8；2‑8、若候选传感器集合CU是空集；则进入步骤3；否则，重复执行步骤2‑4至2‑7；步骤3、将普通传感器集合U中加入第i个候选基站的覆盖节点集合Qi中所有的普通节点从普通传感器集合U中移除；以坐标(ai,k,bi,k)作为第i个基站部署位置；若普通传感器集合U不是空集，则将i增大1，并重复执行步骤2；否则，进入步骤4；步骤4、将步骤2和3确定的各基站部署位置上布置充电基站。