一种基于谐振中继器分布的排序能量补充方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供的基于谐振中继器分布的排序能量补充方法及装置，涉及无线传感网技术领域，通过能量补充延长无线传感器网络的生存周期。本发明专利技术首先布置多跳无线可充电传感器网络的环境，首要考虑为分布密集且容易失效的节点充电，依据实际传感器节点和谐振中继器的分布结构，构建需要充电的传感器节点以簇点为核心的第一簇点充电顺序，再采用多跳或单跳相结合的能量传输方式对发送请求信息的传感器节点进行充电；本发明专利技术能够适应动态的网络变化，满足正常的充电需求，并且仿真结果证明本发明专利技术的能量补充方法相较于现有技术中，能有效降低节点失效率，降低充电成本，提高网络的生存时间。

A sort energy supplement method and device based on the distribution of resonant repeater

【技术实现步骤摘要】
一种基于谐振中继器分布的排序能量补充方法及装置
本专利技术涉及无线传感网络
，具体涉及一种基于谐振中继器分布的排序能量补充方法及装置。
技术介绍
当前无线传感器网络最为活跃的研究方向之一是无线能量补充技术。无线能量补充技术在最近几年受到了学术界的和产业界的极大重视，许多卓有成效的工作被提出,比如电磁辐射技术、电磁共振耦合技术等。电磁辐射技术用于无线通信领域的历史已经超过一个多世纪。它的构成通常是由一个电磁辐射为基础的无线充电系统，只有一个发射器和两个接收器。然而,这种方法固有的缺点是由于无处不在的波传播的本质，传输距离的信号强度显著降低。因此由天线发出的电磁波可以从空气中获取少量能量，只能支持低功耗设备，比如传感器节点装置。相比于电磁辐射技术，电磁共振耦合技术可以通过空气间隙更高效地传输能量，它可以很容易地实现能量通过耦合线圈的发送端和接收端。该技术的实际应用就是谐振中继器。作为当前最为活跃的研究方向之一，无线能量补充技术在最近几年受到了学术界的和产业界的极度关注，许多卓有成效的成果被提出。这种能量补充技术可以分为两大类：一类是具有固定周期路径的离线能量补充方式；另一类是动态实时计算节点的剩余电量并根据实际情况处理的在线能量补充方式。离线充电方式如果根据上一个周期内节点的能耗情形来规划出移动充电装置的最优路径，充电小车周期性的沿预先确定好的移动充电路径和调度给节点充电往往不能很好适应节点能耗的动态变化，可能导致部分节点出现能量饥饿。在线充电方式按需充电优先为距离充电装置最近的节点补充能量，极大的降低了网络的充电成本，但是按需充电选择下一个可被充电的节点时，缺乏综合考虑缺电节点等待充电的响应时间，容易造成距离远的节点能量耗尽而失效。另外，一些研究人员也探讨了网络中移动充电装置的个数，也有不少研究学家对其提出各种想法。例如多小车充电的研究，采用相邻交叉耦合谐振中继器为多跳无线能量补充问题提供方案，但是这类解决方案未考虑到节点的充电时间和总能量，并且采用多小车充电会导致充电成本的增加。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于谐振中继器分布的排序能量补充方法及装置，该方法和装置通过计算发送第一请求信息的传感器节点的节点密度电量比率Ψ获得对需要充电的传感器节点的第一簇点充电顺序，优先考虑对分布密集且容易失效的传感器节点进行充电，能够适应动态的无线传感网络变化，满足正常的充电需求，有效降低传感器节点失效率，降低充电成本，提高无线传感网络的生存时间。为达成上述目的，本专利技术提出如下技术方案：一种基于谐振中继器分布的排序能量补充方法，所述方法应用于布置有如下多跳无线可充电传感器网络环境：在监测区域内随机分布多个谐振中继器、以谐振中继器为簇点随机分布的多个传感器节点Si、一充电小车和一安装在监测区域中心位置的固定基站，所述传感器节点与充电小车具有相同的谐振频率，所述充电小车的工作初始状态为空闲；获取监测区域内各簇点的位置信息、各传感器节点的集合S和各传感器节点的位置信息；接收传感器节点Si发送的第一请求信息，所述第一请求信息用于指示传感器节点Si需要充电，所述第一请求信息包括传感器节点Si的节点编号、剩余电量以及节点位置；根据第一请求信息计算传感器节点Si的节点密度电量比Ψi，所述节点密度电量比Ψi为传感器节点Si的剩余电量与其所在簇点的节点个数的比。将各个传感器节点Si计算获得的节点密度电量比Ψi进行升序排列，记为第一节点密度电量比顺序；根据第一节点密度电量比顺序获得第一簇点充电顺序；所述第一簇点充电顺序以第一节点密度电量比顺序中排序首位的节点对应的簇点为排序首位的簇点；所述第一簇点充电顺序满足：从第一节点密度电量比顺序中删除前一簇点中传感器节点对应的节点密度电量比Ψi，获得第二节点密度电量比顺序；以第二节点密度电量比顺序中排序首位的节点对应的簇点为当前的簇点；重复上述步骤直至遍历第一节点密度电量比顺序中所有的传感器节点Si；根据第一簇点充电顺序获得第一充电指令，所述第一充电指令用于指示属于对应簇点的传感器节点充电，所述第一充电指令包括第一簇点充电顺序以及对应的簇点位置信息；发送第一充电指令至充电小车，以使所述充电小车按照第一充电指令所指示的充电顺序对属于对应簇点的传感器节点进行充电。进一步的，根据第一请求信息计算传感器节点Si的节点密度电量比Ψi的方法为：获取发送第一请求信息的传感器节点集合Q、集合Q中的传感器节点属于的m个不同的簇点构成的集合P，其中，Q＝{1,2,...,i}，i∈S，P＝{P1,P2,…,Pk…Pm}，Pk表示第k个簇点；其中，β表示属于同一簇点Pk的传感器节点的个数，Es(i)表示簇点Pk中任一传感器节点的剩余电量，R表示任一簇点的充电范围。进一步的，判断第一节点密度电量比顺序中是否存在孤立节点，且孤立节点为第一节点密度电量比顺序中排序首位的节点；若存在，则所述第一簇点充电顺序直接以第一节点密度电量比顺序中排序首位的孤立节点为排序首位的簇点；所述第一簇点充电顺序满足：从第一节点密度电量比顺序中删除前一簇点中传感器节点对应的节点密度电量比Ψi，获得第二节点密度电量比顺序；以第二节点密度电量比顺序中排序首位的节点对应的簇点为当前的簇点；重复上述步骤直至遍历第一节点密度电量比顺序中所有的传感器节点Si；判断第一节点密度电量比顺序中是否存在孤立节点，且孤立节点为第一节点密度电量比顺序中非排序首位的节点；若存在，则所述第一簇点充电顺序以第一节点密度电量比顺序中排序首位的节点对应的簇点为排序首位的簇点；所述第一簇点充电顺序满足：从第一节点密度电量比顺序中删除前一簇点中传感器节点对应的节点密度电量比Ψi，获得第二节点密度电量比顺序；以第二节点密度电量比顺序中排序首位的孤立节点为当前的簇点；重复上述步骤直至遍历第一节点密度电量比顺序中所有的传感器节点Si。本专利技术还提供一种基于谐振中继器分布的排序能量补充装置，所述装置应用于布置有如下多跳无线可充电传感器网络环境：在监测区域内随机分布多个谐振中继器、以谐振中继器为簇点随机分布的多个传感器节点Si、一充电小车和一安装在监测区域中心位置的固定基站，所述传感器节点与充电小车具有相同的谐振频率，所述充电小车的工作初始状态为空闲；包括：第一获取模块，用于获取监测区域内各簇点的位置信息、各传感器节点的集合S和各传感器节点的位置信息；第一接收模块，用于接收传感器节点Si发送的第一请求信息，所述第一请求信息用于指示传感器节点Si需要充电，所述第一请求信息包括传感器节点Si的节点编号、剩余电量以及节点位置；第一处理模块，用于根据第一请求信息计算传感器节点Si的节点密度电量比Ψi，所述节点密度电量比Ψi为传感器节点Si的剩余电量与其所在簇点的节点个数的比；第一排序模块，用于将各个传感器节点Si的节点密度电量比Ψi进行升序排列，记为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于谐振中继器分布的排序能量补充方法，其特征在于，所述方法应用于布置有如下多跳无线可充电传感器网络环境：/n在监测区域内随机分布多个谐振中继器、以谐振中继器为簇点随机分布的多个传感器节点S

【技术特征摘要】
1.一种基于谐振中继器分布的排序能量补充方法，其特征在于，所述方法应用于布置有如下多跳无线可充电传感器网络环境：
在监测区域内随机分布多个谐振中继器、以谐振中继器为簇点随机分布的多个传感器节点Si、一充电小车和一安装在监测区域中心位置的固定基站，所述传感器节点与充电小车具有相同的谐振频率，所述充电小车的工作初始状态为空闲；
获取监测区域内各簇点的位置信息、各传感器节点的集合S和各传感器节点的位置信息；
接收传感器节点Si发送的第一请求信息，所述第一请求信息用于指示传感器节点Si需要充电，所述第一请求信息包括传感器节点Si的节点编号、剩余电量以及节点位置；
根据第一请求信息计算传感器节点Si的节点密度电量比Ψi，所述节点密度电量比Ψi为传感器节点Si的剩余电量与其所在簇点的节点个数的比；
将各个传感器节点Si的节点密度电量比Ψi进行升序排列，记为第一节点密度电量比顺序；
根据第一节点密度电量比顺序获得第一簇点充电顺序；所述第一簇点充电顺序以第一节点密度电量比顺序中排序首位的节点对应的簇点为排序首位的簇点；所述第一簇点充电顺序满足：
从第一节点密度电量比顺序中删除前一簇点中传感器节点对应的节点密度电量比Ψi，获得第二节点密度电量比顺序；
以第二节点密度电量比顺序中排序首位的节点对应的簇点为当前的簇点；
重复上述步骤直至遍历第一节点密度电量比顺序中所有的传感器节点Si；
根据第一簇点充电顺序获得第一充电指令，所述第一充电指令用于指示属于对应簇点的传感器节点充电，所述第一充电指令包括第一簇点充电顺序以及对应的簇点位置信息；
发送第一充电指令至充电小车，以使所述充电小车按照第一充电指令所指示的充电顺序对属于对应簇点的传感器节点进行充电。


2.根据权利要求1所述的基于谐振中继器分布的排序能量补充方法，其特征在于，根据第一请求信息计算传感器节点Si的节点密度电量比Ψi的方法为：
获取发送第一请求信息的传感器节点集合Q、集合Q中的传感器节点属于的m个不同的簇点构成的集合P，其中，Q＝{1,2,...,i}，i∈S，P＝{P1,P2,…,Pk…Pm}，Pk表示第k个簇点；






其中，β表示属于同一簇点Pk的传感器节点的个数，Es(i)表示簇点Pk中任一传感器节点的剩余电量，R表示任一簇点的充电范围。


3.根据权利要求1所述的基于谐振中继器分布的排序能量补充方法，其特征在于，
判断第一节点密度电量比顺序中是否存在孤立节点，且孤立节点为第一节点密度电量比顺序中排序首位的节点；
若存在，则所述第一簇点充电顺序直接以第一节点密度电量比顺序中排序首位的孤立节点为排序首位的簇点；所述第一簇点充电顺序满足：
从第一节点密度电量比顺序中删除前一簇点中传感器节点对应的节点密度电量比Ψi，获得第二节点密度电量比顺序；
以第二节点密度电量比顺序中排序首位的节点对应的簇点为当前的簇点；
重复上述步骤直至遍历第一节点密度电量比顺序中所有的传感器节点Si；
判断第一节点密度电量比顺序中是否存在孤立节点，且孤立节点为第一节点密度电量比顺序中非排序首位的节点；
若存在，则所述第一簇点充电顺序以第一节点密度电量比顺序中排序首位的节点对应的簇点为排序首位的簇点；所述第一簇点充电顺序满足：
从第一节点密度电量比顺序中删除前一簇点中传感器节点对应的节点密度电量比Ψi，获得第二节点密度电量比顺序；
以第二节点密度电量比顺序中排序首位的孤立节点为当前的簇点；
重复上述步骤直至遍历第一节点密度电量比顺序中所有的传感器节点Si。


4.一种基于谐振中继器分布的排序能量补充装置，其特征在于，所述装置应用于布置有如下多跳无线可充电传感器网络环境：
在监测区域内随机分布多个谐振中继器、以谐振中继器为簇点随机分布的多个传感器节点Si、一充电小车和一安装在监测区域中心位置的固定基站，所述传感器节点与充电小车具有相同的谐振频率，所述充电小车的工作初始状态为空闲；
包括：
第一获取模块，用于获取监测区域内各簇点的位置信息、各传感器节点的集合S和各传感器节点的位置信息；
第一接收模块，用于接收传感器节点Si发送的第一请求信息，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张媛媛，
申请(专利权)人：上海炬宏信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31