[发明专利]一种无线传感器网络移动充电和数据收集方法

权利要求书

1.一种无线传感器网络移动充电和数据收集方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：用离散化方法将多功能小车移动中的整个周期分为若干个时隙；

步骤2：计算每个时隙每个节点能够充电时捕获的能量和能够发送数据时的吞吐量；

步骤3：计算总吞吐量最大化下时隙分配方案，即每个时隙是用于小车给节点充电还是节点发送数据，包括以下分步骤：

步骤31：以q_i，j表示节点i在第j个时隙结束时的剩余能量，其中以q_i，0表示整个周期刚开始时节点i的剩余能量，因为节点i在第j个时隙捕获的能量为x_0，jE_i，j，消耗的能量为x_i，je_i，j，E_i，j表示节点i在第j个时隙能够充电时捕获的能量，e_i，j表示节点i在第j个时隙发送数据时消耗的能量，二值变量x_i，j来表示节点i在第j个时隙是否发送数据，于是：

q_i，j＝q_i，j-1+x_o，jE_i，j-x_i，je_i，j (10)

设定当节点i的剩余能量不足以维持该节点在整个时隙j向小车发送数据，即e_i，j＞q_i，j-1时，该节点便不能发送数据，也就是说，节点i若是能在j时隙能发送数据，其剩余能量必须大于等于e_i，j，即：

x_i，je_i，j≤q_i，j-1，i∈{1，2，...，n}，j∈{1，2，…，m} (11)

于是，吞吐率最大化问题表示为：

x_i，j∈{0，1}，i∈{0，1，…，n}，j∈{1，2，…，m} (4)

x_i，je_i，j≤q_i，j-1，i∈{1，2，...，n}，j∈{1，2，...，m} (11)

其中R_i，j表示节点i在第j个时隙能够发送数据时的吞吐量，X＝{x_0，1，...，x_n，1，x_0，2，...，x_n，2，...，x_0，m，…，x_n，m}表示该问题的解；

在上述问题中，x_i，j，i∈{0，1，…，n}，j∈{1，2，...，m}为我们的优化变量，q_i，0，i∈{1，2，...，n}、E_i，j，i∈{1，2，...，n}，j∈{1，2，...，m}、R_i，j，i∈{0，1，…，n}，j∈{1，2，...，m}，在传感器网络布置好之后均可以认为是常量，即该问题其实是一个0-1规划问题；

步骤32：在上述问题中，先将条件x_i，j∈{0，1}放松为x_i，j∈[0，1]，原问题就转化为一个新的一般的线性规划问题，通过CPLEX可以得到这个新问题的解这个解对应的吞吐率是原问题的一个上界；进一步，在得到新问题的解之后，找到中最小且不为1的x_i，j，固定其值为0，其余的x_i，j取值范围仍为[0，1]，得到更新后的问题，再通过CPLEX可以得到新的一组解；然后对于新的解，在还未固定的x_i，j中找到值最小的并固定其值为0，依次迭代更新解决这个问题，直到最小的x_i，j为1就得到了原问题的可行解X，这个可行解对应的吞吐率Z是原问题的一个下界；

步骤33：求出了问题上下界的对应的解后，通过分支定界法剪枝进一步降低算法的复杂度；每个时隙把问题分成n+1个分枝进行搜索，第一个分支表示发送能量，即x_0，j＝1，其他n个分枝分别表示第i个节点发送数据，即x_i，j＝1，i≠0；根据步骤32求出的问题上下界对应的解，通过剪枝降低搜索的复杂度，并在搜索过程中不断更新上下界，直到得到最优解或迭代完所有的时隙。