一种移动接收无线传感器网络最优充电策略及其制定系统技术方案

本发明专利技术提供了一种移动接收无线传感器网络最优充电策略及其制定系统，包括：将移动接收无线传感器网络等分为至少两个子区域；获取子区域中节点的位置信息和初始能量信息；根据移动接收无线传感器网络子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及节点能量消耗模型和节点能量充电模型，求解子区域中使充电效率最大的无线充电小车的最优行驶速度；根据每个子区域中无线充电小车的最优行驶速度确定移动接收无线传感器网络的最优充电策略。本发明专利技术提供的技术方案，无线充电小车根据最优充电策略对移动接收无线传感器网络进行充电，提高了充电稳定性和充电效率。

A mobile receiving wireless sensor network optimal charging strategy and its establishment system

The invention provides an optimal charging strategy for mobile receiving wireless sensor networks and its formulation system, which includes: dividing mobile receiving wireless sensor networks into at least two sub-regions; acquiring location information and initial energy information of nodes in sub-regions; and receiving nodes in sub-regions of wireless sensor networks according to mobile receiving. Location information, initial energy information, node energy consumption model and node energy charging model are used to solve the optimal driving speed of wireless charging car with the highest charging efficiency in the sub-region. The optimal charging strategy of mobile receiving wireless sensor network is determined according to the optimal driving speed of wireless charging car in each sub-region. A little. According to the technical scheme provided by the invention, the wireless charging car charges the mobile receiving wireless sensor network according to the optimal charging strategy, thereby improving the charging stability and charging efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种移动接收无线传感器网络最优充电策略及其制定系统
本专利技术涉及无线传感器网络充电技术，具体涉及一种移动接收无线传感器网络最优充电策略及制定系统。
技术介绍
随着无线通信技术理论的进步，无线传感网(WirelessSensorNetwork,WSN)的网络基础设施也正逐步融入人类的生活。传统的无线传感网络中的节点都是配有一个能量有限的电池来收集周边环境里的指定信息，并传输给周边的协调器。这样能量有限的传感网势必会带来有限的网络寿命。为了使无线传感网中的节点能永不间断地运行，对传感器节点进行充电的技术随之产生。近几年人们对可充电移动接收无线传感器网络的研究越来越多，现有的技术中，传感器节点从周边环境(如太阳能等)获取能量，但是由于太阳能的昼夜强度差别和四季强度差别，导致传感器节点无法获得稳定的能量来源。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种移动接收无线传感器网络的最优充电策略及制定系统，用于提高无线传感器网络的充电效率。本专利技术针对移动接收无线传感网络提出一种使用无线充电小车(WCV)给移动接收无线传感网络中的所有节点进行能量充电的分块变速充电策略(BlockVarySpeedChargingStrategy，简称BVSCS)。本专利技术提供的一种移动接收无线传感器网络最优充电策略，包括：将移动接收无线传感器网络等分为至少两个子区域；获取子区域中节点的位置信息和初始能量信息；根据移动接收无线传感器网络子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及节点能量消耗模型和节点能量充电模型，求解子区域中使充电效率最大的无线充电小车的最优行驶速度；根据每个子区域中无线充电小车的最优行驶速度确定移动接收无线传感器网络的最优充电策略。所述根据每个子区域中无线充电小车的最优行驶速度确定移动接收无线传感器网络的最优充电策略，包括：根据每个子区域中无线充电小车的最优行驶速度得到无线充电小车对所述移动接收无线传感器网络的初始充电策略；判断无线充电小车执行所述初始充电策略所需的充电总能耗是否大于无线充电小车的初始总能量，若不大于，则判定初始充电策略为最优充电策略；若大于，则对所述初始充电策略进行调整，直至无线充电小车执行所述初始充电策略所需的充电总能耗不大于无线充电小车的初始总能量。对所述初始充电策略进行调整，包括：按比例增大无线充电小车在每个子区域的行驶速度，直至无线充电小车的充电总能耗不大于无线充电小车的初始总能量。所述无线充电小车对所述移动接收无线传感器网络的初始充电策略如下所示：π＝{v1,v2,…vj，…vk}，其中，π为初始充电策略，vj为无线充电小车为子区域j充电的最优行驶速度，j∈[1,k]，k为移动接收无线传感器网络子区域的个数；当无线充电小车用初始充电策略π给所述移动接收无线传感器网络充电时，无线充电小车在子区域j中以速度vj为子区域j中的所有节点充电，当无线充电小车遍历完所有子区域后，充电结束。所述节点能量消耗模型的表达式如下所示：Enode_i＝ΔEnode_i·t其中：Enode_i为节点i产生的能量消耗，t为节点i的工作时间，ΔEnode_i为单位时间的节点i的能量损耗；ΔEnode_i＝m·[(2gi+1)·Eelec+ξa]其中，m为节点每秒从外界采集的数据量，gi为移动接收无线传感器网络中以节点i为网关的节点总数，Eelec为节点发送或接收每bit数据所消耗的传输能量，ξa为节点从外界采集1bit的数据消耗的能量。所述节点能量充电模型的表达式如下所示：其中，Eh(i)为节点i获取到的充电能量，tstart_i为节点i开始进入无线充电小车的充电范围的时间tend_i为节点i离开无线充电小车充电范围的时间，Pr(di)为节点i的充能接收功率，di为无线充电小车和节点i之间的距离。根据子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及节点能量消耗模型和节点能量充电模型求解子区域中使充电效率最大的无线充电小车的最优行驶速度，包括：根据子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及所述节点能量消耗模型和节点能量充电模型建立无线充电小车在子区域中的充电效率目标函数；根据所述充电效率目标函数，求解在子区域使充电效率最大的无线充电小车的最优行驶速度。所述根据子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及所述节点能量消耗模型和节点能量充电模型建立无线充电小车在子区域中的充电效率目标函数包括：根据子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及节点能量消耗模型和节点能量充电模型得到子区域中节点经无线充电小车充电后的节点剩余能耗；将所述子区域中的所述节点剩余能耗汇总得到所述子区域的总能量提升值；根据所述子区域的总能量提升值和无线充电小车在子区域中的充电能量消耗值计算无线充电小车在子区域中的充电效率；根据所述无线充电小车在子区域中的充电效率构建无线充电小车在子区域中的充电效率目标函数。所述节点剩余能耗按下式计算：Eres_i＝min(Efull,Einit_i-Enode_i+Eh(i))式中，Eres_i为经无线充电小车充电后节点i的剩余能耗，Efull为节点电量为满时的能量，Einit_i为节点i的初始能量，Enode_i为节点i产生的能量消耗，Eh(i)为节点i获取到的充电能量。所述子区域中所有节点的总能量提升值按下式计算：式中，Echarge_j为子区域j中所有节点的总能量提升值，nj为在子区域j中的所有节点数量。所述无线充电小车在子区域中的充电效率按下式计算：式中，echarge_j为无线充电小车在子区域j中的充电效率，Ecomsuption_j为无线充电小车在子区域中的充电能量消耗；其中，式中：Pt为无线充电小车的辐射功率，vj为无线充电小车给子区域j充电的行驶速度，s为无线充电小车在移动接收无线传感器网络中的行驶路径总长度，k为移动接收无线传感器网络的子区域个数。所述无线充电小车在子区域中的充电效率目标函数如下所示：echarge_j＝max(echarge_j)所述无线充电小车在子区域中的充电效率目标函数还包括如下约束条件：Eres_i＞＝Ehelthy式中，Ehelthy为预设的子区域中节点的充电能量阈值。根据所述充电效率目标函数，按下式求解在子区域中使充电效率最大的无线充电小车的最优行驶速度：式中，ε为与收发天线增益以及传输损耗相关的常数，d为无线充电小车和节点之间的距离，α为基于自由空间短距离传输的friis方程引入的参数。所述节点包括：传感器节点、移动接收器节点和用于接收传感器节点传输的数据，并向移动接收器节点发送数据的子汇节点。本专利技术提供的一种移动接收无线传感器网络最优充电策略制定系统，包括：分区模块，用于将移动接收无线传感器网络等分为至少两个子区域；采集模块，用于获取子区域中节点的位置信息和初始能量信息；计算模块，用于根据移动接收无线传感器网络子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及节点能量消耗模型和节点能量充电模型，求解子区域中使充电效率最大的无线充电小车的最优行驶速度；确定模块，用于根据每个子区域中无线充电小车的最优行驶速度确定移动接收无线传感器网络的最优充电策略。一种移动接收无线传感器网络充电系统，包括：无线充电小车、服务站；其中，所述无线充电小车配置有充电策略制定系统和控制系统，所述充电策略制定系统根据上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移动接收无线传感器网络最优充电策略，其特征在于，包括：将移动接收无线传感器网络等分为至少两个子区域；获取子区域中节点的位置信息和初始能量信息；根据移动接收无线传感器网络子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及节点能量消耗模型和节点能量充电模型，求解子区域中使充电效率最大的无线充电小车的最优行驶速度；根据每个子区域中无线充电小车的最优行驶速度确定移动接收无线传感器网络的最优充电策略。

【技术特征摘要】
1.一种移动接收无线传感器网络最优充电策略，其特征在于，包括：将移动接收无线传感器网络等分为至少两个子区域；获取子区域中节点的位置信息和初始能量信息；根据移动接收无线传感器网络子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及节点能量消耗模型和节点能量充电模型，求解子区域中使充电效率最大的无线充电小车的最优行驶速度；根据每个子区域中无线充电小车的最优行驶速度确定移动接收无线传感器网络的最优充电策略。2.如权利要求1所述的移动接收无线传感器网络最优充电策略，其特征在于，所述根据每个子区域中无线充电小车的最优行驶速度确定移动接收无线传感器网络的最优充电策略，包括：根据每个子区域中无线充电小车的最优行驶速度得到无线充电小车对所述移动接收无线传感器网络的初始充电策略；判断无线充电小车执行所述初始充电策略所需的充电总能耗是否大于无线充电小车的初始总能量，若不大于，则判定初始充电策略为最优充电策略；若大于，则对所述初始充电策略进行调整，直至无线充电小车执行所述初始充电策略所需的充电总能耗不大于无线充电小车的初始总能量。3.如权利要求2所述的移动接收无线传感器网络最优充电策略，其特征在于，对所述初始充电策略进行调整，包括：按比例增大无线充电小车在每个子区域的行驶速度，直至无线充电小车的充电总能耗不大于无线充电小车的初始总能量。4.如权利要求3所述的移动接收无线传感器网络最优充电策略，其特征在于，所述无线充电小车对所述移动接收无线传感器网络的初始充电策略如下所示：π＝{v1,v2,…vj，…vk}，其中，π为初始充电策略，vj为无线充电小车为子区域j充电的最优行驶速度，j∈[1,k]，k为移动接收无线传感器网络子区域的个数；当无线充电小车用初始充电策略π给所述移动接收无线传感器网络充电时，无线充电小车在子区域j中以速度vj为子区域j中的所有节点充电，当无线充电小车遍历完所有子区域后，充电结束。5.如权利要求1所述的移动接收无线传感器网络最优充电策略，其特征在于，所述节点能量消耗模型的表达式如下所示：Enode_i＝ΔEnode_i·t其中：Enode_i为节点i产生的能量消耗，t为节点i的工作时间，ΔEnode_i为单位时间的节点i的能量损耗；ΔEnode_i＝m·[(2gi+1)·Eelec+ξa]其中，m为节点每秒从外界采集的数据量，gi为移动接收无线传感器网络中以节点i为网关的节点总数，Eelec为节点发送或接收每bit数据所消耗的传输能量，ξa为节点从外界采集1bit的数据消耗的能量。6.如权利要求1所述的移动接收无线传感器网络最优充电策略，其特征在于，所述节点能量充电模型的表达式如下所示：其中，Eh(i)为节点i获取到的充电能量，tstart_i为节点i开始进入无线充电小车的充电范围的时间tend_i为节点i离开无线充电小车充电范围的时间，Pr(di)为节点i的充能接收功率，di为无线充电小车和节点i之间的距离。7.如权利要求1-6任一所述的移动接收无线传感器网络最优充电策略，其特征在于，根据子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及节点能量消耗模型和节点能量充电模型求解子区域中使充电效率最大的无线充电小车的最优行驶速度，包括：根据子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及所述节点能量消耗模型和节点能量充电模型建立无线充电小车在子区域中的充电效率目标函数；根据所述充电效率目标函数，求解在子区域使充电效率最大的无线充电小车的最优行驶速度。8.如权利要求7所述的移动接收无线传感器网络最优充电策略，其特征在于，所述根据子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及所述节点能量消耗模型和节点能量充电模型建立无线充电小车在子区域中的充电效率目标函数包括：根据子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及节点能量消耗模型和节点能量充电模型得到子区域中节点经无线充电小车充电后的节点剩余能耗；将所述子区域中的所述节点剩余能耗汇总得到所述子区域的总能量提升值；根据所述子区域的总能量提升值和无线充电小...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春龙，黄辉，梁云，黄凤，李路明，黄莉，杨智豪，郭云飞，王瑶，曾鹏飞，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国网江西省电力有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11