[发明专利]一种无线传感器网络移动充电和数据收集方法

说明书

一种无线传感器网络移动充电和数据收集方法，包括以下步骤：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，同时计算每个时刻节点的瞬时充电功率和瞬时吞吐率；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。本发明能够有效解决总吞吐量最大化约束下的传输射频能量和数据收集问题，提高数据收集的效率。

技术领域

本发明属于可充电无线传感器网络技术领域，尤其涉及传感器能量的捕获和数据的收集问题。

背景技术

近年来，无线传感器网络由于其低成本、低功耗、多功能等特点被广泛应用于环境监测、军事、智能家居和远程医疗系统等许多重要的领域。在传统的传感器网络中，电池是节点的主要能量来源。然而，电池往往容量有限，而且在一些应用中，节点在部署之后很难回收，无法跟换电池。所以如何长期维持网络的生存是无线传感器网络(Wireless SensorNetworks,WSNs)广泛应用的最大问题。虽然WSNs的能效研究一直是近年来研究的重点和热点问题，但是提高能量利用效率仍然只能延长有限的网络生存时间，不能从根本解决这个问题。

为了解决维持网络长时间的生存问题，人们提出了能量捕获的方法。能量捕获技术有很多，根据能量的来源来分类，有太阳能、风能、热能等能量捕获技术。由于社会生活中广泛存在射频能量，且能量源相对稳定，射频能量捕获技术成为这方面研究的热点。在射频能量捕获网络中，传感器节点由射频能量发射机供能，而发射机功率有限，其能够辐射的范围也有限，往往一两个发射机不能覆盖整个网络，而将多个发射机部署在各个固定地点往往成本昂贵。因此，很多学者致力于移动的无线射频能量捕获的研究。

除了捕获环境能量来维持网络生存外，如何采集感测数据也是传感器网络最为重要的问题之一。节点的发送功率因其通信距离的增大而急剧增加，为了减少节点能量消耗，采用多跳方式由其他节点中继是一种解决方案，但是这样会加剧中继节点的负担造成能量公平性问题。采用一个移动的Sink节点移动至节点周围并采用单跳的方式收集数据能很好的解决这个问题。

发明内容

为了克服无线传感器网络移动充电与数据收集方法的效率较低的不足，本发明提供一种无线传感器网络移动充电与数据收集方法，能够有效解决总吞吐量最大化约束下的传输射频能量和数据收集问题，提高数据收集的效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下的技术方案：

一种无线传感器网络移动充电与数据收集方法，包括以下步骤：

步骤1：用离散化方法将多功能小车移动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。

进一步，所述步骤1包括以下分步骤：

步骤11：根据小车移动性，计算每个时刻节点的瞬时充电功率和瞬时吞吐率；

步骤12：在一个时隙中，分别以一个二值变量表示该时隙小车是否充电以及节点是否发送数据。

再进一步，所述步骤2包括以下分步骤：

步骤21：根据小车运动特性计算每个节点与小车之间距离随时间变化关系；

步骤22：根据定积分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。

更进一步地，所述步骤3包括以下分步骤：

步骤31：将问题形式化为0-1规划问题；

步骤32：根据一个放松-固定算法求得问题的可行解和上下界；