[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

说明书

本发明公开了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,首先对全网按网格进行区域划分，网格大小由传感器的传输范围决定，根据节点的能量在每个区域中选取一个簇头负责收集区域内的数据，由簇头进行区域之间的通信。根据传感器节点的剩余能量将将节点划分多个等级，当剩余能量下降到某个阈值时，几点上升到水面请求充电，水上移动充电器根据其移动策略选择节点进行充电，然后根据网络密度选择适当的位置投放节点。最后，节点根据不同深度的网格的密度选择其下降深度，可以有效平衡整个网络的密度。

技术领域

本发明属于水下无线传感器网络节点能量补充技术领域，具体涉及一种UWSNs中基于节点移动的协同充电方法。

背景技术

近年来，物联网(IoT)技术已广泛应用于智能交通，先进制造，智能城市等，作为物联网的基本架构，无线传感器网络(WSN)吸引了通信社区的关注，从硬件实现到软件协议设计。水下声学传感器网络(UASN)是无线传感器网络水下部署的形式。水下无线传感器网络在区域监测、自然资源发现、水下目标追踪和敌军侦查等方面具有难以估量的作用。在水下无线传感器网络的研究中，可以大致的分为数据收集、节点定位、网络拓扑控制、安全加密和节点充电等研究方向，在水中为水下无线传感器网络(UWSN)和自主水下航行器(AUV)供电是主要挑战之一，因为UWSN节点和AUV通常由需要通过昂贵且困难的操作替换或再充电的电池供电，结合水下环境特点对其进行深入地研究具有深远的意义。

水下物体(例如，水下无线传感器网络节点(UWSN)和自主水下航行器(AUV))的架构越来越复杂。这些系统将包括多个传感器，无线通信系统，致动器，转子或推进器，这将不可避免地增加总功率要求。通常，水下传感器节点需要大约30W来为非推进相关功能(通信，处理和传感)提供电力，如果该装置包括螺旋桨或其他机械部件，则需要另外15-110W。向水下传感器节点和长时间深海部署的车辆提供这些水平的电力仍然是一个悬而未决的问题。

电池是为水下设备供电的最常用解决方案。然而，通常需要具有船只支撑的远程操作的车辆来充电或更换这些电池。这些操作非常昂贵且不可扩展。此外，鉴于节点的动态运动，充电操作通常是困难且低效的，因为通常需要精确对准。例如，AUV的一些充电解决方案的使用受到限制，因为它们需要易于发生故障的湿配合连接器，以及过于复杂的对接方法。成功应用于传统无线传感器网络(WSN)的能量收集在水下环境中具有挑战性，因为太阳能或风能等自然资源不可用或效率低下。近年来，研究已经研究了无线电力传输(WPT)技术以远程为水下传感器供电。研究最多的方法是基于近场区域的电磁(EM)传播，即电感和磁耦合。尽管大多数原型显示效率值高于65％，但最大操作距离通过电感耦合限制在几厘米，而磁耦合则高一个数量级。另外，通常需要在发射线圈和接收线圈之间进行非常精确的对准。