[发明专利]一种无线可充电传感器网络网格分簇路由方法

权利要求书

1.一种无线可充电传感器网络网格分簇路由方法，其特征在于，所述无线可充电传感器网络网格分簇路由方法包括：

在被监测的H×M二维区域，H为二维区域的长度，M为二维区域的宽度，设置有固定基站B、服务站S、由N个传感器节点组成的传感器网络以及用于为传感器节点进行充电的充电设备，传感器节点用集合Π＝{s₁,...,s_i,...,s_N},1≤i≤N,i∈Z表示，其中，s_i表示第i个传感器节点，s_N表示第N个传感器节点，Z表示正整数；

利用虚拟蜂窝网格划分所述传感器网络，每个所述虚拟蜂窝网格内的传感器节点构成一个簇，根据虚拟蜂窝网格划分结果计算充电设备的充电路径；

所述充电设备从服务站S出发沿着充电路径执行充电任务，根据充电设备执行的充电任务，计算出每个虚拟蜂窝网格内的簇头节点；

根据所述传感器节点、充电设备以及每个虚拟蜂窝网格内的簇头节点，得到传感器网络中的传感器节点之间的数据传输流向；

所述充电设备为移动充电设备，所述移动充电设备匀速行驶，移动速度为v，充电功率为U；

所述第i个传感器节点的消耗功率为p_i、初始能量为

所述利用虚拟蜂窝网格划分所述传感器网络包括：

计算虚拟蜂窝网格的边长l为：

其中，D表示传感器节点的通信半径，r表示移动充电设备的充电半径；

根据虚拟蜂窝网格的边长l计算传感器节点的节点梯度值：

其中，g_i表示传感器节点的节点梯度值，表示传感器节点所属的虚拟蜂窝网格的中心到固定基站B的距离，其中，π_k表示第k个虚拟蜂窝网格，k表示虚拟蜂窝网格的编号，1≤k≤Ln,k∈Z，Ln表示内部含有传感器节点的虚拟蜂窝网格的个数，即为簇个数；

计算内部含有传感器节点的虚拟蜂窝网格的最短哈密顿回路，所述最短哈密顿回路即为移动充电设备的充电路径L；

L＝{π₀,π₁,π₂,...π_i,...π_Ln,π₀}，其中，π₀表示服务站S的位置，π_i表示第i个虚拟蜂窝网格的中心；

所述充电设备从服务站S出发沿着充电路径执行充电任务包括：

所述移动充电设备从服务站S的位置出发，沿着移动充电设备的充电路径L依次访问各个内部含有传感器节点的虚拟蜂窝网格，并为虚拟蜂窝网格内部的所有传感器节点进行无线充电，当第i个虚拟蜂窝网格内部的所有传感器节点的能量都补充到最大值即E_max时，所述移动充电设备离开第i个虚拟蜂窝网格，行驶到充电路径L中的下一个虚拟蜂窝网格即第i+1个虚拟蜂窝网格执行充电任务，直到移动充电设备访问完充电路径L中的所有虚拟蜂窝网格，最后返回服务站S；

所述根据充电设备执行的充电任务，计算出每个虚拟蜂窝网格内的簇头节点包括：

当移动充电设备访问第k个虚拟蜂窝网格时，计算出移动充电设备到达该虚拟蜂窝网格中心坐标的时间τ_k，时间τ_k包括移动充电设备的行驶时间和在各个虚拟蜂窝网格内的停留时间：

其中，m表示被移动充电设备访问过的虚拟蜂窝网格的编号，0≤m＜k；表示第m个虚拟蜂窝网格中心坐标到第m+1个虚拟蜂窝网格中心坐标的距离，表示移动充电设备在第m个虚拟蜂窝网格内的停留时间；

根据移动充电设备到达该虚拟蜂窝网格中心坐标的时间τ_k，计算得到第k个虚拟蜂窝网格内的各个传感器节点的剩余能量

其中，表示第nc轮充电调度时s_i节点的初始能量，p_i表示第i个传感器节点的消耗功率；

计算第k个虚拟蜂窝网格内的各个传感器节点的充电时间

其中，E_max表示虚拟蜂窝网格内部的所有传感器节点的能量都补充到最大值，u(d)表示传感器节点被移动充电设备充电时的能量接收效率函数，U表示移动充电设备的充电功率；

所述移动充电设备在第k个虚拟蜂窝网格内的停留时间等于该虚拟蜂窝网格内所有的传感器节点的能量被补充到E_max所需的最大时间；

根据第k个虚拟蜂窝网格内的各个传感器节点的充电时间将该虚拟蜂窝网格内的所有传感器节点的能量被补充到E_max所需的最短时间的传感器节点作为簇头节点；

依次计算出每个内部含有传感器节点的虚拟蜂窝网格内的簇头节点，得到簇头节点集合CH＝{CH₁,CH₂,...,CH_k,...,CH_Ln}，CH_k表示第k个虚拟蜂窝网格内的簇头节点，CH_Ln表示第Ln个虚拟蜂窝网格内的簇头节点。

2.根据权利要求1所述的一种无线可充电传感器网络网格分簇路由方法，其特征在于，根据所述传感器节点、充电设备以及每个虚拟蜂窝网格内的簇头节点，得到传感器网络中的传感器节点之间的数据传输流向包括：

如果与第k个虚拟蜂窝网格的相邻的虚拟蜂窝网格有多个簇头节点，且多个簇头节点的梯度值不相同，则CH_k优先选择多个所述簇头节点中的节点梯度值g_i最小者作为跳转节点，通过跳转节点将数据传输到基站；

如果与第k个虚拟蜂窝网格的相邻的虚拟蜂窝网格有多个簇头节点，且多个簇头节点的梯度值相同，则分别计算出多个簇头节点的权值Cherd(k,j)，选取权值Cherd(k,j)较大的簇头节点作为跳转节点，通过跳转节点将数据传输到基站，权值Cherd(k,j)的计算公式为：

其中，d_kj表示簇头节点k和簇头节点j之间的距离，λ表示调整因子，E_j表示簇头节点当前能量。