[发明专利]一种多跳无线可充电传感器网络中谐振中继器部署方法

权利要求书

1.一种多跳无线可充电传感器网络中谐振中继器部署方法，其特征在于：包括如下步骤：

Step1：建立一个无线可充电传感器网络模型：在一定的监测区域内随机地部署10个以上传感器节点，移动充电装置以及对应的基站均部署于监测区域的左下方的位置；SNi表示传感器节点构成的集合，下标i表示第i个传感器节点；每个传感器节点自身携带的电池容量为Emax，维持第i个传感器节点生存能量阈值为Emin，RSi(t)表示节点在t时刻电池的剩余能量，S表示服务池中节点的集合，Q表示充电候选节点集合；节点能量消耗周期为ECi，

初始时传感器节点信息为SNi(flag(i)＝0,tab(i)＝0)，其中flag(i)＝0表示该节点未被访问处理，tab(i)＝0表示传感器节点i不属于任何中继节点的充电范围；基站具有足够的电量和通信能力，它位于监测区域的左下方，用于收集传感器节点的充电请求信息和网络事件信息并转发给移动充电小车；移动充电小车的电池容量为E，移动速度为Vm/s，充电速率为C，可移动到基站的电量阈值为Emc；在无线可充电传感器网络中的中继节点的集合为RN(mark＝0)，其中mark＝0表示未选为待调整的中继节点，第k个中继节点为RNk，传感器节点集合SNi中的tab(i)＝k表示该节点在RNk的充电覆盖范围内，中继节点的最大充电范围为R，R＝3m；移动充电小车的电池能量E＝Emc时，则移动充电小车移动到基站位置来补充能量，等待下个充电指令的到来；

Step2：根据无线可充电传感器网络中传感器节点信息，对网络中传感器节点之间的连通性进行了研究，解决了节点在充电基础上的全覆盖问题；

Step3：根据无线可充电传感器网络的区域面积和传感器节点的位置信息来确定中继节点在网络中的最大充电范围位置；

从以下两种情况来讨论中继节点的具体部署，先执行A、后执行B：

A.蜂窝六边形的性质来分割无线可充电传感器网络并确定中继节点的位置；

B.利用两节点的中点性质来解决一个中继节点覆盖一个传感器节点的问题；

Step4：充电小车利用在线充电方式中的距离优先策略给传感器节点充电；

所述Step2中，深入分析网络中传感器节点之间的连通性具体步骤为：

假设谐振中继器节点(RN)的最大充电半径为R，无线可充电传感器网络中的中继节点和传感器节点以及无线链路的边可以表示为：

Γ＝(U,Z),H＝S∪Z

其中，Γ表示无线可充电传感器网络图，U表示网络中节点的个数，S表示传感器节点，Z表示中继器节点，

网络中的边Eij满足以下条件:

其中，R是中继节点的最大充电覆盖半径，Lij表示节点i到节点j之间的距离，x表示网络中传感器节点的个数，n_i,n_j分别表示第i个和第j个传感器节点；

网络的连通性可以用如下公式计算：

其中，φ(Γ)表示网络的连通性，Eij表示网络中的边，x表示网络中传感器节点的个数，n_i,n_j分别表示第i个和第j个传感器节点；

所述Step3中的步骤B，利用两节点的中点性质来解决一个中继节点覆盖一个传感器节点的问题的具体步骤为：

在均匀部署中继节点时，会存在一个中继器覆盖一个传感器节点的情况，这种情况会增加网络的总体成本，对此需要对该情况的中继节点做一个位置优化，具体过程如下：

在中继节点初始部署完成时，需要对每个中继节点检查并标记RNk的mark＝1，其中mark＝1表示中继节点充电覆盖范围内存在一个传感器节点，反之，中继节点位置不做处理；

对标记过的中继节点进行位置优化，首先判断任意两个标记过的中继节点充电覆盖范围内的传感器节点SN1和SN2之间的距离dij与2R的关系，具体存在以下两个情况：

情况一：dij＞2R，删除标记过的中继节点，将节点SN1孤立并设置SN1(flag(1)＝1，tab(1)＝0)，其中flag(1)＝1表示传感器节点SN1已经访问处理过，tab(1)＝0表示传感器节点不属于任何RN充电范围，为孤立节点；

情况二：dij≤2R，删除标记过的其中一个中继节点，将另一个中继节点放置于SN1和SN2的中点位置，这样可以达到最大覆盖充电范围，降低网络的总成本；具体过程为：

由于公式(2)是一个离散函数，考虑将离散函数转换为连续函数来解决，并对连续函数的形状执行平滑操作来确定中继器的最大充电位置，定义平滑性能函数是连续的和具有平滑的性能，同时考虑了节点的覆盖率和节点之间的通信，具体函数定义为：

其中，Γ′表示从第i个传感器节点开始寻找网络中的最大边，Γ′_i表示从i到j的最大边的倒数，函数表示重定义的网络图Γ′：

函数是对离散函数φ(Γ)做了连续平滑操作，提高确定中继器的位置信息准确率；

假设存在SN1(x1，y1)，SN2(x2，y2)，RNi(xi，yi)，中点到两节点的距离相等可得：

通过计算确定中继节点的位置坐标为：