[发明专利]一种水下无线传感器网络中基于节点移动的协同充电方法

权利要求书

1.一种水下无线传感器网络中基于节点移动的协同充电方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将全网的节点按网格进行区域划分，每个区域形成一簇，并按剩余能量选择簇头；将网络中的节点按剩余能量划分成多个等级，不同等级的节点用不同颜色标记；

(2)当节点能量下降到预先设置的阈值时，节点向水面移动，由水面上的移动充电器为需要充电的节点进行充电；数据发送过程中，数据包含节点的剩余能量和位置信息，充电器根据历史信息获得充电节点的位置信息；

(3)水面移动充电器分为两个状态，分别是空闲状态和携带节点充电状态，两种状态采用不同的移动策略；

当充电器处于空闲状态时，如果有节点需要充电，充电器按照空闲移动策略的制定位置为节点充电；当充电器处于携带节点充电状态时，充电器根据第二种移动策略选择节点投放位置；

所述步骤(3)的具体步骤如下：

(3.1)移动充电器携带传感器节点在运动过程中进行充电；

(3.2)根据充电节点上移时间和移动充电器移动到节点上方的时间，为每个充电节点设置一个名为T的值，T值的具体计算公式如下：

其中，h_i是节点i的深度；v_i是节点i的移动速度；d_M,i是移动充电器到节点i的水平距离；v_M是移动充电器的移动速度；

(3.3)如果传感器收到基站的充电请求，当移动充电器处于空闲状态时，选择T_i最小的节点作为充电目标，并向其上方移动；

(3.4)每一列网格组成一个竖直的网格，根据每个竖直网格中的各种等级的节点数量和到移动充电器的水平距离为每个网格设置一个名为Q的值，Q值的具体计算公式如下：

其中α∈(0,1)是一个权重因子；N_i表示颜色为i的节点的数量，i随剩余能量增加而增加，也就是说i越大，其颜色表示节点的剩余能量越高；N₁表示红色节点；ω(i)是一个递增的函数；d_M为移动充电器到竖直网格上方的最远距离；

(3.5)当移动充电器处于携带点充电状态时，根据每个区域的Q值，选择Q值最小的区域的中心作为其下一步移动位置；

(4)节点根据不同用层的网络密度选择下降深度，网络密度信息由基站传递给移动充电器，再由充电器通知节点；

所述步骤(4)的具体步骤如下：

根据每个网格中不同等级节点的数量为每个网格设置一个名为q的值，q值的具体计算公式如下：

其中N_i表示颜色为i的节点的数量，i随剩余能量增加而增加，也就是说i越大，其颜色表示节点的剩余能量越高；N₁表示红色节点；ω(i)是一个递增的函数；节点根据网格的q值确定自己下降的深度。

2.根据权利要求1所述的一种水下无线传感器网络中基于节点移动的协同充电方法，其特征在于：所述步骤(1)中将全网的节点按网格进行区域划分，将网络中的节点按剩余能量划分成多个等级，不同等级的节点用不同颜色标记，其步骤如下：

(1.1)区域划分：根据传感器的传输距离确定网格大小，为了保证每个网格中的传感器节点都能覆盖其邻居网格区域，网格的边长k的计算公式如下：

其中d表示传感器的传输距离，传感器处于任一网格的任何位置都能覆盖其邻居网格的全部区域；

(1.2)簇头的选取：根据节点的剩余能量选择簇头，剩余能量越高越容易成为簇头；

(1.3)节点能量等级划分：根据节点的剩余能量水平由高到低将节点划分为N个等级，其中用红色表示最低的能量等级，当节点剩余能量到达某个阈值时被标为红色，并且这个阈值下所剩的能量必须能够保证能从水底移动到水面。

3.根据权利要求2所述的一种水下无线传感器网络中基于节点移动的协同充电方法，其特征在于：所述步骤(2)的具体步骤如下：

(2.1)节点开始随机部署在传感网中，初始能量相同，都不需要充电；运行一段时间后，节点根据自己的剩余能量决定是否上移，当能量下降到阈值变为红色时，如果所需充电节点为簇头节点，首先更新新的簇头并通知其邻居簇头节点；然后节点向水面移动；如果是非簇头节点，节点直接上移；

(2.2)基站会根据上一轮收集到的信息确定需要充电节点的位置信息并发送给移动充电器；移动充电器根据步骤(3)中的移动策略进行下一步行动。