基于可充电无线异构传感器网络的链式路由设计方法技术

本发明专利技术涉及无线传感器网络领域，且公开了基于可充电无线异构传感器网络的链式路由设计方法，包括以下步骤：S1：通过无人机(UAV)对传感器节点进行充电，利用电磁能量收集技术，进行能量的传输；S2：构建长链式场景模型；S3：对区域进行分簇；S4：计算UAV飞行轨迹；S5：簇头选举；S6：建链、簇内通信；该方法通过模拟了河流的长链式场景，通过UAV可充电技术,基于BSCH算法在模拟的长链式场景中的应用的改进，使得实际涉猎的范围更大，更有宏观性；均衡了网络中各节点的平均能耗，降低了链重构次数，使得整个无线传感网络更具稳定性；削减了簇内链的总长度，避免了数据传输路径迂回的情况，大大减少簇内非簇头节点的能耗；减少了UAV飞行能耗。耗。耗。

【技术实现步骤摘要】
基于可充电无线异构传感器网络的链式路由设计方法


[0001]本专利技术涉及无线传感器网络领域，具体为基于可充电无线异构传感器网络的链式路由设计方法。

技术介绍

[0002]在高度信息化的时代，快速、准确、高效的信息需求迅速推进了无线传感网络(WSN)的发展，无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是由一定数量规模的可移动或位置固定的传感器节点自发地或被动地通过无线通信技术结合成组织或形成的一定程度的连通进而组成的具有从监测区域收集数据、自我处理数据和向网络的所有者传输数据功能的网络；在各类基建领域、军工领域、民用领域充分发挥着其无可替代的作用，保障着国家的安全、企业的建设、公民的生活。随着无线传感网络涉猎的范围越来越广阔，传统的单一的无线传感网络已经无法满足各种环境需求，为此我们提出了基于可充电无线异构传感器网络的链式路由设计方法。

技术实现思路

[0003](一)解决的技术问题
[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了基于可充电无线异构传感器网络的链式路由设计方法，解决了上述的问题。
[0005](二)技术方案
[0006]为实现上述所述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于可充电无线异构传感器网络的链式路由设计方法，包括以下步骤：
[0007]S1：通过无人机(UAV)对传感器节点进行充电，利用电磁能量收集技术，在无人机悬停在传感器节点上空时，传感器节点里的线圈和无人机里面的线圈相互进行调谐，在一定的频率上进行能量的传输；r/>[0008]S2：构建长链式场景模型，且该长链式场景是有直有弯、宽窄不一的河流区域；
[0009]S3：对区域进行分簇，将区域按面积大小划分为若干份，子区域的数量随着链长度的增长而增加；
[0010]S4：计算UAV飞行轨迹，假设UAV飞行轨迹固定，且UAV的能量足够从BS起飞到各个簇头节点充好电后回到BS；
[0011]S5：簇头选举，所有节点确定了自己所属子区域后，便开始竞选簇头，簇头节点负责接收、汇聚、传递所在子区域节点所采集的信息；
[0012]S6：建链、簇内通信，簇头选举完成后，开始簇内通信，数据按区域依次传送，除了河流下游的第一个簇区域外，各簇区域的簇头收集并整合好整个簇区域的信息后，等待着前一个区域的簇头传来数据，最后一个区域接收到数据并整合后转发给基站BS。
[0013]优选的，所述S2中构建长链式场景包括：根据场景的种种特点，分析出高斯函数符合我们场景需求，假设任意一个符合分布的高斯函数：
[0014][0015]该函数图像有曲率随σ1的值改变的弯道，有受μ1的值控制的弯道位置，当x≤σ1or x≥σ1时，曲线可看成直线，图像与x轴的距离大小不一，可模拟河道的宽窄不一的特征，可以通过多个高斯函数的加减运算得到多个钟形曲线的合成，以此来模拟河流弯弯曲曲不规则的特征，即：
[0016]X～N(μ,σ2)＝X1+X2+
…
+X
n
～N(μ1+μ2+
…
+μ
n
,σ
12
+σ
22
+
…
+σ
n2
)
[0017][0018]优选的，所述S3对区域进行分簇中计算长链式区域的面积大小采用下式：
[0019][0020]将区域划分为10等份，每一个子区域的面积为：
[0021][0022]令解得区域1和区域2的分界线，故可列方程组：
[0023][0024]联立式(3
‑
1)、式(3
‑
2)和式(3
‑
3)，解得各个簇区域之间的分界线方程、区域总面积、各簇面积；
[0025]传感器节点在被监测区域中均匀分布，即各区域的节点密度相同：
[0026][0027]所以每个区域的节点数量为：
[0028][0029]优选的，所述S4中UAV飞行轨迹计算包括：在不规则场景中，UAV在各个簇区域的质心之间直线飞行，而且不规则区域的质心位置确定规则如下：
[0030]遍历各个簇内所有节点的横纵坐标，将其分别记录在数组和中，找到最大和最小
的横纵坐标值：max(X(Non
i
))、min((X(Non
i
)))、max(Y(Non
i
))、min(Y(Non
i
))，再用以下方式表示各簇区域的质心点：
[0031][0032]令x
i
＝Centroid(x)
i
,y
i
＝Centroid(y)
i
；同理x
i+1
＝Centroid(x)
i+1
,y
i+1
＝Centroid(y)
i+1
，用两点式方程描述UAV的飞行轨迹：
[0033][0034]将式(4
‑
2)转化为一般式：
[0035](y
i+1
‑
y
i
)x
‑
(x
i+1
‑
x
i
)y
‑
x
i
(y
i+1
‑
y
i
)+y
i
(x
i+1
‑
x
i
)
[0036]＝0#(4
‑
3)
[0037]由于点(x0,y0)到线(Ax+By+C＝0)的距离为：
[0038][0039]所以各节点(x,y)离UAV飞行轨迹的距离为：
[0040][0041]其中i＝1,2,
…
,10,当i＝10时，(x
i+1
,y
i+1
)＝(BS
x
,BS
y
),即基站BS的位置。
[0042]优选的，所述S5中簇头选举采用选择靠近区域边缘的节点来选举簇头，同时为了减少链重构的次数，还考虑节点的剩余能量这个参考指标，簇头选举评价指标如下式：
[0043][0044]其中d
toCentroid
代表当前节点与所在区域质心点的距离,为节点到质心距离的归一值；
[0045]d
totrail
为当前节点到UAV飞行轨迹的距离,为节点到UAV飞行轨迹距离的归一值；
[0046]E
remained
为节点剩余能量，为节点剩余能量的归一值；
[0047]评价指标最小的节点当选簇头，簇头发送广播给邻居节点簇头已定的消息及自己的位置，簇内节点收到簇头的广播后存储簇头位置信息，并停止竞选簇头。
[0048]优选的，所述S6中建链、簇内通信包括：节点将邻居节点按与自身距离大小由小到大进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于可充电无线异构传感器网络的链式路由设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：通过无人机(UAV)对传感器节点进行充电，利用电磁能量收集技术，在无人机悬停在传感器节点上空时，传感器节点里的线圈和无人机里面的线圈相互进行调谐，在一定的频率上进行能量的传输；S2：构建长链式场景模型，且该长链式场景是有直有弯、宽窄不一的河流区域；S3：对区域进行分簇，将区域按面积大小划分为若干份，子区域的数量随着链长度的增长而增加；S4：计算UAV飞行轨迹；S5：簇头选举，所有节点确定了自己所属子区域后，便开始竞选簇头，簇头节点负责接收、汇聚、传递所在子区域节点所采集的信息；S6：建链、簇内通信，簇头选举完成后，开始簇内通信，数据按区域依次传送，除了河流下游的第一个簇区域外，各簇区域的簇头收集并整合好整个簇区域的信息后，等待着前一个区域的簇头传来数据，最后一个区域接收到数据并整合后转发给基站BS。2.根据权利要求1所述的基于可充电无线异构传感器网络的链式路由设计方法，其特征在于，所述S2中构建长链式场景包括：根据场景的种种特点，分析出高斯函数符合我们场景需求，假设任意一个符合分布的高斯函数：该函数图像有曲率随σ1的值改变的弯道，有受μ1的值控制的弯道位置，当x≤σ1or x≥σ1时，曲线可看成直线，图像与x轴的距离大小不一，可模拟河道的宽窄不一的特征，可以通过多个高斯函数的加减运算得到多个钟形曲线的合成，以此来模拟河流弯弯曲曲不规则的特征，即：X～N(μ，σ2)＝X1+X2+
…
+X
n
～N(μ1+μ2+
…
+μ
n
，σ
12
+σ
22
+
…
+σ
n2
))3.根据权利要求2所述的基于可充电无线异构传感器网络的链式路由设计方法，其特征在于，所述S3对区域进行分簇中计算长链式区域的面积大小采用下式：将区域划分为10等份，每一个子区域的面积为：令解得区域1和区域2的分界线，故可列方程组：
联立式(3
‑
1)、式(3
‑
2)和式(3
‑
3)，解得各个簇区域之间的分界线方程、区域总面积、各簇面积；传感器节点在被监测区域中均匀分布，即各区域的节点密度相同：所以每个区域的节点数量为：4.根据权利要求2所述的基于可充电无线异构传感器网络的链式路由设计方法，其特征在于，所述S4中UAV飞行轨迹计算包括：在不规则场景中，UAV在各个簇区域的质心之间直线飞行，而且不规则区域的质心位置确定规则如下：遍历各个簇内所有节点的横纵坐标，将其分别记录在数组和中，找到最大和最小的横纵坐标值：max(X(Non
i
))、min((X(Non
i
)))、max(Y(Non
i
))、min(Y(Non
i
))，再用以下方式表示各簇区域的质心点：令x
i
＝Centroid(x)
i
，y
i
＝Centroid(y)
i
；同理x
i+1
＝Centroid(x)
i+1
，y
i+1
＝Centroid(y)
i+1
，用两点式方程描述UAV的飞行轨迹：将式(4
‑
2)转化为一般式：(y
i+1
‑
y
i
)x
‑
(x
i+1
‑
x
i
)y
‑
x
i
(y
i+1
‑
y
i
)+y
i
(x
i+1
‑
x
i
)＝0#(4
‑
3)由于点(x0，y0)到线(Ax+By+C＝0)的距离为：所以各节点(x，y)离UAV飞行轨迹的距离为：
其中i＝1，2，...，10，当i＝10时，(x
i+1
，y
i+1
)＝(BS
x
，BS
y
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘贵云，吴晓相，梁忠伟，钟晓静，程乐峰，刘晓初，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：