WSN充电服务站点设定方法及充电设备行驶路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种WSN充电服务站点设定方法及充电设备行驶路径规划方法，通过若干个大小相等的图形将WSN划分成若干个区域，将每个传感器节点分别对应到所属的区域中，并在每个区域中根据传感器节点的位置选取锚节点，利用锚节点作为充电服务站点的设定基准，可以简单、合理地确定充电服务站点的最优位置；而通过人工免疫模型，筛选出移动无线充电设备完成能量补充任务所需总耗能最小的行驶路径，有效地节约了能量资源；另一方面，由于人工免疫模型的多样性和快速的收敛速度，有利于提高行驶路径的优化准确性以及获取效率。

WSN Charging Service Station Setting Method and Charging Equipment Driving Path Planning Method

【技术实现步骤摘要】
WSN充电服务站点设定方法及充电设备行驶路径规划方法
本专利技术涉及智能路径规划领域，尤其是一种WSN充电服务站点设定方法及充电设备行驶路径规划方法。
技术介绍
无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)是由各种相同或不同的传感器节点，通过协作的方式，感知环境变量数据并采集、处理和传输。因其具备自组织、部署便捷、低功耗能等特点，被广泛应用于智能交通、军事、室内定位、灾害预防等多领域。在WSN中传感器节点采用单跳或多跳的方式进行数据传输，因传感器节点的储能有限，为保证WSN中传感器节点正常工作，需要对传感器节点进行能量补充。目前，针对该问题，各国研究者进行了大量的研究，主要可分为节能法、能量收集法以及无线充电法。在无线充电法中，一般的，传感器节点以及充电服务站点的部署都是预先设定的。显然，不同工程应用中，WSN的区域范围不同，传感器节点的部署也不同，预先部署传感器节点的方式不能涵盖各类不同工程应用的实际情况。同时，移动无线充电设备所携带的能量有限，可能无法一次遍历所有传感器节点，而需要多次往返充电服务站点，进行能量补充，所以充电服务站点位置的选择十分关键。再者，移动无线充电设备可采用一对一的充电方式或一对多的充电方式对传感器节点进行能量的补充。一般地，当传感器节点部署密度较大时，采用一对一的充电方式所花费的时长较大，同时，移动无线充电设备所行驶的路程较大；当传感器节点部署密度较小时，采用一对多的充电方式时，由于传感器节点距离充电锚节点的不等，若距离较远，则充电效率骤减，严重影响充电质量。
技术实现思路
为解决上述问题的至少一个，本专利技术的目的在于提供一种WSN充电服务站点设定方法及充电设备行驶路径规划方法，能够较为合理地设定WSN充电服务站点的位置、规划充电设备行驶路径。本专利技术解决其问题所采用的技术方案是：第一方面，本专利技术实施例提出了一种WSN充电服务站点设定方法，包括：利用若干个大小相等的图形将WSN划分成若干个区域；将每个传感器节点分别对应到所属的区域中；在每个区域中根据传感器节点的位置选取锚节点；将充电服务站点设定在与各个锚节点的距离之和最小的位置。进一步，利用若干个大小相等的正六边形将WSN区域划分成若干个蜂窝。进一步，所述将每个传感器节点分别对应到所属的区域中，包括：按顺序对区域进行编号；按照区域的编号顺序，判断WSN中的每一个传感器节点是否位于某一个区域内，将在某一个区域和该区域内的传感器节点对应起来，若传感器节点位于两个相邻区域的边界上，优先将其对应到编号较前的区域。进一步，所述在每个区域中根据传感器节点的位置选取锚节点，包括：若某个区域中不存在传感器节点，则不在该区域内选取锚节点；若某个区域中仅存在一个传感器节点，则锚节点的位置即为该传感器节点的位置；若某个区域中存在两个传感器节点，则锚节点的位置为两个传感器节点的位置的中心点；若某个区域内的传感器节点数量大于两个，则锚节点的位置为该区域的中心点；对每个锚节点进行编号。第二方面，基于本专利技术实施例的第一方面，本专利技术实施例还提供了一种充电设备行驶路径规划方法，包括：将传感器节点、锚节点和充电服务站点的位置输入到人工免疫模型，筛选出移动无线充电设备完成能量补充任务所需总耗能最小的行驶路径。进一步，所述筛选出移动无线充电设备完成能量补充任务所需总耗能最小的行驶路径，包括：以移动无线充电设备遍历锚节点的路径作为抗体，构建抗体种群；根据移动无线充电设备的剩余能量对抗体种群中的抗体进行检验；获取抗体的适应度；对抗体种群进行克隆操作；通过变异算子对克隆后的抗体种群进行变异操作；在变异后的抗体种群中筛选出适应度较小的抗体；若未达到迭代终止条件，则更新抗体种群，迭代执行以上步骤；若达到迭代终止条件，则输出该适应度较小的抗体。进一步，所述以移动无线充电设备遍历锚节点的路径作为抗体，构建抗体种群，包括：根据锚节点的数量生成一组随机序列，作为一个抗体；生成若干个抗体，将抗体和抗体数量利用矩阵形式表示。进一步，所述根据移动无线充电设备的剩余能量对抗体种群中的抗体进行检验，包括：从行驶路径上的第一个锚节点开始，判断从某个锚节点到下一个锚节点之前移动无线充电设备的剩余能量是否满足行驶到下一个锚节点为其充电并返回充电服务站点，若无线充电设备的剩余能量不足，则返回充电服务站点，进行能量补充。进一步，利用适应度函数获取抗体的适应度，所述适应度函数为：fit＝Etra+Ech；进一步，所述变异算子包括字符交换变异算子、字符串移位变异算子、字符串逆转变异算子以及字符串重组变异算子中的至少一种。第三方面，本专利技术实施例还提供了一种装置，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本专利技术实施例第一方面、第二方面所述的方法。一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行本专利技术实施例第一方面、第二方面所述的方法。本专利技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：本专利技术实施例提供的一种充电服务站点设定方法，通过若干个大小相等的图形将WSN划分成若干个区域，将每个传感器节点分别对应到所属的区域中，并在每个区域中根据传感器节点的位置选取锚节点，利用锚节点作为充电服务站点的设定基准，可以简单、合理地确定充电服务站点的最优位置。本专利技术实施例提供的一种充电设备行驶路径规划方法，通过人工免疫模型，筛选出移动无线充电设备完成能量补充任务所需总耗能最小的行驶路径，有效地节约了能量资源；另一方面，由于人工免疫模型的多样性和快速的收敛速度，有利于提高行驶路径的优化准确性以及获取效率。附图说明下面结合附图和实例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术一个实施例中充电服务站点设定方法的流程图；图2是本专利技术一个实施例中将每个传感器节点分别对应到所属的区域中的流程图；图3是本专利技术一个实施例中在每个区域中根据传感器节点的位置选取锚节点的流程图；图4是本专利技术一个实施例中充电设备行驶路径规划方法的流程图；图5是本专利技术一个实施例中以移动无线充电设备遍历锚节点的路径作为抗体，构建抗体种群的流程图；图6是本专利技术一个实施例中锚节点的部署示意图；图7是本专利技术一个实施例中充电服务站点的部署示意图；图8是本专利技术一个实施例中充电设备行驶路径的规划示意图；图9是本专利技术一个实施例中执行充电服务站点设定方法或者充电设备行驶路径的装置的示意图。具体实施方式无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)是由各种相同或不同的传感器节点，通过协作的方式，感知环境变量数据并采集、处理和传输。因其具备自组织、部署便捷、低功耗能等特点，被广泛应用于智能交通、军事、室内定位、灾害预防等多领域。在WSN中传感器节点采用单跳或多跳的方式进行数据传输，因传感器节点的储能有限，为保证WSN中传感器节点正常工作，需要对传感器节点进行能量补充。目前，针对该问题，各国研究者进行了大量的研究，主要可分为节能法、能量收集法以及无线充电法。在无线充电法中，一般的，传感器节点以及充电服务站点的部署都是预先设定的。显然本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种WSN充电服务站点设定方法，其特征在于，包括：利用若干个大小相等的图形将WSN划分成若干个区域；将每个传感器节点分别对应到所属的区域中；在每个区域中根据传感器节点的位置选取锚节点；将充电服务站点设定在与各个锚节点的距离之和最小的位置。

【技术特征摘要】
1.一种WSN充电服务站点设定方法，其特征在于，包括：利用若干个大小相等的图形将WSN划分成若干个区域；将每个传感器节点分别对应到所属的区域中；在每个区域中根据传感器节点的位置选取锚节点；将充电服务站点设定在与各个锚节点的距离之和最小的位置。2.根据权利要求1所述的一种WSN充电服务站点设定方法，其特征在于，所述将每个传感器节点分别对应到所属的区域中，包括：按顺序对区域进行编号；按照区域的编号顺序，判断WSN中的每一个传感器节点是否位于某一个区域内，将在某一个区域和该区域内的传感器节点对应起来，若传感器节点位于两个相邻区域的边界上，优先将其对应到编号较前的区域。3.根据权利要求1所述的一种WSN充电服务站点设定方法，其特征在于，所述在每个区域中根据传感器节点的位置选取锚节点，包括：若某个区域中不存在传感器节点，则不在该区域内选取锚节点；若某个区域中仅存在一个传感器节点，则锚节点的位置即为该传感器节点的位置；若某个区域中存在两个传感器节点，则锚节点的位置为两个传感器节点的位置的中心点；若某个区域内的传感器节点数量大于两个，则锚节点的位置为该区域的中心点；对每个锚节点进行编号。4.一种应用于权利要求1-3任一所述方法的充电设备行驶路径规划方法，其特征在于，包括：将传感器节点、锚节点和充电服务站点的位置输入到人工免疫模型，筛选出移动无线充电设备完成能量补充任务所需总耗能最小的行驶路径。5.根据权利要求4所述的一种充电设备行驶路径规划方法，其特征在于，所述筛选出移动无线充电设备完成能量补充任务所需总耗能最小的行驶路径，包括：以移动无线充电设备遍历锚节点的路径作为抗体，构建抗体种群；根据移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛莉，李中华，
申请(专利权)人：佛山市顺德区中山大学研究院，广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44