[发明专利]WRSNs中基于SOM神经网络的多基站充电方法

说明书

本发明公开一种WRSNs中基于SOM神经网络的多基站充电方法，步骤如下：利用SOM神经网络对无线可充电传感网划分类别；根据传感器的能耗和充电器的电池容量，将网络的第级别划分为传感器节点数相等的个区域并配备一级移动充电器；利用遗传算法对一级移动充电器遍历路径进行最优规划并在路径上选取驻留点。根据驻留点利用遗传算法规划最优路径，在该路径上配备二级移动充电器和基站；在每个充电周期内，一级移动充电器对传感器节点充电，待所有一级移动充电器充电结束后，二级移动充电器开始对一级移动充电器充电。本发明具有的有益效果：算法复杂度小，能够准确划分传感器类别，实现传感网全覆盖充电，降低移动能量损耗和充电损耗。

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，具体涉及一种高密度低功耗的WSNs中基于SOM神经网络的多基站充电方法。

背景技术

工业物联网中，传感器网络应用广泛。但是，给旋转设备加上传感器以监视设备的工作状况，大型煤矿环境监测等，都不可能使用有线连接。因此无线传感器网络蓬勃发展，常与低功耗广域网联接，具有大型高密度特点。推动工业物联网中无线传感网发展关键在于解决传感器节点能源有限问题。

无线充电传感器网络在近来的研究中得到了关注，包括规划移动充电车路径，进行充电决策，并设计移动充电车的协调。在一些研究中，移动充电器周期性在无线传感器网络中移动，并对其范围内的传感器进行充电。研究大都规划移动充电器路径来最大化移动充电器停留在基站(BS)的时间。一些研究也提出按需移动充电策略来最大限度地提高移动充电器工作效率。此外，这些方案都使用单个基站配备一个或多个移动充电器来给传感器充电。然而，工业物联网背景下的无线传感网节点数目众多，它们可能无法覆盖足够的传感器，特别是对于能量有限的。此外，上述研究方案中大都不考虑移动充电车移动路径长度，在工业物联网背景下，大型无线传感网中过长的移动路径造成大量移动能量损耗。

在最近的研究中，2017年，《Collaborative mobile charging policy forperpetual operation in large-scale wireless rechargeable sensor networks》提出，网络被划分为多个区域，每个区域内节点具有相近能量消耗。为了提高充电效率，作者提出了一种自适应的充电算法，在这个算法中，移动充电器的变化基于每个区域的能量消耗。但是，工业物联网背景下，无线传感网密度很大，该算法划分区域办法难以实现准确划分。

2015年，Sheng Zhang等在《Collaborative Mobile Charging》提出，移动充电器不仅可以给传感器充电，而且还可以相互充电。作者提出了一种名为PushWait的理论协同充电方案，以最大限度地提高充电效率。但该算法涉及充电车之间频繁充电，每次充电车之间充电都会造成充电损耗。

综上所述，虽然无线可充电网络取得了很大进展。但是，由于工业物联网背景下的无线可充电网络具有大型高密度的特点，仍有一些问题需要针对性研究：

(1)大型无线可充电传感网络难以实现所有的传感器充电覆盖问题；

(2)大型无线传感网中过长的移动路径造成大量移动能量损耗问题；

(3)高密度无线传感网的区域划分难以实现准确划分问题；

(4)大型无线传感网涉及充电车之间频繁充电，会造成大量充电损耗问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种工业物联网背景下的低功耗WRSNs中基于SOM神经网络的多基站充电方法，能够通过多基站多充电器的协同配合来实现所有的传感器充电覆盖，通过规划充电器最短移动路径和部分充电器停留在驻留点而不必返回基站来实现降低移动能量损耗，通过SOM神经网络对传感器节点的准确分类来实现高密度无线传感网的准确划分，通过减少充电车之间频繁充电实现降低充电损耗。