[发明专利]无线可充电传感网络中的路过时空部分充电方法

权利要求书

1.无线可充电传感网络中的路过时空部分充电方法，其特征在于，该方法包括：

步骤(1)构造无线可充电传感网络WRSN充电模型；包括：

(1-1)传感网络中存在一组传感器集合S＝{s₁,s₂...s_N}，N个完全相同的传感器随机部署在二维平面区域中，一个能量有限的移动充电车MC,一个能够为MC更换电池的仓库s₀，一个用于收集传感器信息的基站；传感网络中具有一个路由协议用于传感数据收集，该路由协议通过中继节点将传感数据从传感器传输到基站；传感器在执行传感数据、传输数据和接收数据时都会消耗能量；

(1-2)MC根据调度策略对发出充电请求的传感器进行充电：当传感器s_i的剩余电量小于报警阈值θ时，即s_i向基站发送一个充电请求表示s_i在第k个充电周期的剩余能量；t表示发出请求的时间，s_i表示发出请求的传感器标识，ec_i表示s_i的能量消耗率，s_i在第k个充电周期的剩余寿命B_s表示传感器电池容量，表示当前周期剩余电量；REQ_i加入到全局等待队列Q中，Q中的请求按照剩余寿命从小到大排序；

整个充电任务会被划分为N_task个充电周期完成，对于第k个充电周期，取Q中前ξ＝min{ξ,|Q|}个请求加入到任务队列基站根据中的顺序以每个传感器所在位置为停靠点，为MC构建一个充电路径；MC从仓库离开，沿着充电路径移动，同时为每个停靠点的传感器充满预分配的电量后离开；MC一次只能对一个传感器充电，并且完成一个充电周期之前不会响应其他充电请求；MC在耗尽能量之前返回仓库，然后更换电池并为下一个充电周期充电；

(1-3)在一个充电周期中，MC的总能量消耗包括机械运动消耗的能量、传感器获得的能量、充电过程中的能量损失；第k个充电周期的充电计划表示成一个三元组集合C^k：表示在第k个充电周期中MC到达s_i的时间和为s_i充电的时间，i＝1,2,…,ξ；C^k的排列顺序与传感器的充电顺序一致，并且起始于仓库s₀和终止于仓库s₀；其中，

v为MC的恒定移动速度，d_0,1为传感器s₁与仓库s₀之间的距离；

2≤i≤n，d_i-1,i为传感器s_i-1与传感器s_i之间的距离；

1≤i≤n，η为充电效率，q_c为MC的充电功率为；

MC在第k个充电周期总的活动时长n表示第k个充电周期的充电节点数；

(1-4)MC对每个传感器执行部分充电，即MC传递给传感器s_i的能量范围是0到MC每次对传感器至少要充电量Δ的最佳取值N_task表示完成的充电任务数，D_k表示第k个充电周期中死亡的节点个数；p和q为正整数；最大能量需求Q为全局等待队列；

步骤(2)删除充电路径中的无效节点INs，保证充电队列能够顺利执行部分充电；无效节点INs通过以下方式确定：

假设MC对充电队列中所有节点均以最低充电边界进行充电，即MC至少需要为充电队列中每个节点充Δ电量；队列中存在传感器s_j按照目前的充电顺序无法及时被充电，即表示在第k个充电周期MC到达s_j的时间，表示s_j在第k个充电周期的剩余寿命；如果将s_j插入到该节点之前的序列{s₁,s₂...s_j-1}中，仍然无法及时被充，则节点s_j被认定为无效节点；

步骤(3)当删除无效节点导致充电队列长度不足指定长度时，向充电队列中插入有效插入节点EIN，补齐充电队列长度；具体方法是：

首先反向遍历Π^k，对于边E_i,i+1计算其对应的Ω_i,i+1中每个节点的插入优先级P_i，选取Ω_i,i+1中优先级最高的节点，并尝试插入到中s_i、s_i+1的中间；Π^k＝{E_1,2,E_2,3,...E_n,0}表示MC在第k个充电周期的移动路径，E_i,i+1表示中s_i与s_i+1的连线，Ω_i,i+1表示C_i,i+1能够覆盖的节点集合，C_i,i+1表示以E_i,i+1为直径的圆；

MC在第k个充电周期路过s_i的插入优先级d_i′表示MC将s_i作为插入节点充电时会额外行走的路程，δ和β是设定系数；

然后判断中的所有节点是否能够以最低充电边界充电，并且判断MC的电量是否能够回到基站，若不满足则说明该点不适合插入，继续尝试Ω_i,i+1中的次优节点，直到找到有效的节点或者Ω_i,i+1遍历完毕；继续为E_i-1,i选取合适的节点插入；当插入的节点个数多于或者Π^k遍历完毕则停止；

步骤(4)执行部分充电策略，并为移动充电器规划到达时间、停留时间、充电顺序；

执行部分充电策略具体是：

遍历充电队列如果中存在传感器s_i无法及时被充电，则找到s_i之前最佳削减节点表示MC对传感器s_j充电量削减的部分；然后MC对s_opt的充电量削减△；

判断s_i是否能及时充电：如果可以，则停止削减中节点的充电时间；否则继续寻找最佳削减节点直到s_i能够及时被充电；重复操作直至中的所有节点能够及时充电；

通过削减中节点的电量来达到T_k和为第k个充电周期MC回到仓库的时间和最晚结束时间；ξ+1为该周期中寿命最小的节点标号；

中的所有节点都以最低充电边界充电时，如果仍无法满足则放弃削减并以最低充电边界的充电量去给所有的传感器充电，最后为MC生成充电计划C^k。