[发明专利]一种基于核心节点选择的静态充电基站部署方法

说明书

本发明公开了一种基于核心节点选择规则的无线传感器网络中静态充电基站的部署方法，通过核心节点选择规则，可以确定一个可充电无线传感器网络中最少的静态充电基站个数。本发明与传统静态充电基站部署方法相比，通过核心节点选择规则，可以确定一个可充电无线传感器网络中最少的静态充电基站个数，并且能够优化每个充电基站相互重叠的充电范围，从而提高充电效用。

技术领域

本发明涉及无线传感技术领域，具体涉及一种基于核心节点选择的静态充电基站部署方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是由部署在监测区域内的传感器节点，以无线自组织方式构成多跳无线网络，节点间协同地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息。目前已被广泛用于环境监测、城市监测和人体监测等领域。传统的无线传感器网络中，由于传感器节点体积小、携带电量有限，且在一些应用场景中难以为节点更换电池等制约因素，导致了能源问题成为WSN的一大挑战。为了解决以上问题，如今有两种解决思路：能量节约和能量获取。能量节约技术致力于减少传感器的能量消耗，目前的研究有传感器休眠/激活机制、功率管理、平衡网络负载、路由选择等技术，减少单位时间能耗，延长网络生命周期。然而，这并没有从根本上解决传感器能量的问题，并且该方法需要在能耗节约和传输性能之间进行权衡，可能损失传输性能。而能量获取技术，其基本思想是从环境中获取能量，如太阳能、射频能、风能、震动能等，其优势在于可以从周围环境中汲取能量。但由于环境中能量不稳定且密度较低，为了达到一定的能量获取率，每个传感器节点都需要配备体积较大的能量转换器，并且能量转换效率较低。此外，由于外部环境具有不可预测性，能量获取过程不可控且难以精确预测。

为了解决上述问题，人们开始把目光投向无线能量传输技术(WPT)，从而提出一种无线可充电传感器网络(WRSN)。WRSN通过无线充电器持续稳定的给传感器网络中的节点提供能量，从而达到真正意义上解决能量约束问题。按照充电器在传感器网络中是否可移动来划分，可分为静态充电和移动充电两种形式。

移动充电是利用近场的磁耦合谐振无线充电传输技术来实现高效率、短时间的充电。其实现方式灵活，研究内容除了路径规划外还能够整合数据采集以及数据传输等功能。但是在某些现实环境条件下，传感器节点不易接近，能量发送线圈和能量接收线圈之间不易对准，从而导致能量传输效率低甚至无法充电的情况。

静态充电是利用远场辐射式无线能量传输技术，可以有较大的覆盖面积，适合于传感器节点部署稠密和传感器能耗低的部署条件中。其中一个要解决的问题是如何在保证所有节点都正常工作的前提下，使静态充电基站的个数最少、功耗最低，即充电效用最大化。为此，已经有很多学者进行了相关的研究。已有学者提出了两种优化算法：一种是中心聚类算法，将传感器节点聚类后优化覆盖区域，但是由于聚类算法本身的缺陷，会导致充电基站的部署有较多的充电重合区域；另一种是基于面分割的思想，将传感器网络分成多个小区域，使其覆盖整个传感器网络，但此算法的随机性较高，可能导致某些区域传感器节点较多而另一些区域传感器节点较少。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于核心节点选择的静态充电基站部署方法，该方法可以解决传统的静态充电基站部署方法存在的充电基站位置部署不够合理，充电范围有较多的重叠区域，充电基站个数过多导致充电效用不高的问题。

技术方案：本发明所述的基于核心节点选择的静态充电基站部署方法，包括：

(1)将无线可充电传感器网络抽象为二维平面上的区域，无线可充电传感器网络内部署若干传感器节点；

(2)选择第一个核心节点，所述第一个核心节点为距离二维坐标的原点位置最近的传感器节点，并初始化j＝1；

(3)计算第j个传感器和其他n-j个传感器的距离，并将其从小到大排序；