[发明专利]基于PFCM的无线传感网节点充电方法及系统

说明书

本发明公开了无线充电技术领域，具体涉及一种基于PFCM的无线传感网节点充电方法及系统，可提高充电小车的能量利用率，并可保证网络能耗均衡，提高了网络的稳定性，保证网络能够持久的运行。包括：初始化无线传感网；确定无线传感网中各节点的能耗率；基于各节点的能耗率，采用基于能量约束的模糊C均值聚类算法将无线传感网中的节点分为若干个簇；采用考虑能量约束的有效性函数对每个簇进行聚类效果分析，得出分析结果；基于分析结果，确定最佳聚类数及相应的充电小车数；充电小车根据各节点的充电优先级依次为它们充电。

技术领域

本发明属于无线充电技术领域，具体涉及一种基于PFCM的无线传感网节点充电方法及系统。

背景技术

无线传感网(Wireless Sensor Networks,WSNs)技术作为物联网中的关键技术，它的发展受到了越来越多的学者和研究团队的关注。无线传感网是由若干传感器节点自组织形成的一种网络，这些节点具有无线通信能力，可以被部署在各种环境下进行监测、感知、采集和传输环境数据。然而随着无线传感网应用场景的多元化，使得网络数据业务量急剧增加，节点需要不断的工作，这对其能量供给能力提出了更高的要求。传统的无线传感网是一种能量受限的网络，节点所携带的电池，能量十分有限。得益于近年来无线充电技术的发展，采用无线充电小车(Wireless Charging Vehicle,WCV)为节点补充能量，逐渐成为研究热点，这不仅可以解决能量问题，而且还使得无线传感网可以适应更多更复杂的监测环境。现有技术中存在充电小车能量利用率低，无法保证网络能耗均衡，导致网络的稳定性差等问题。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于PFCM的无线传感网节点充电方法及系统，可提高充电小车的能量利用率，并可保证网络能耗均衡，提高了网络的稳定性，保证网络能够持久的运行。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种无线传感网节点充电方法，包括：初始化无线传感网；确定无线传感网中各节点的能耗率；基于各节点的能耗率，采用基于能量约束的模糊C均值聚类算法将无线传感网中的节点分为若干个簇；采用考虑能量约束的有效性函数对每个簇进行聚类效果分析，得出分析结果；基于分析结果，确定最佳聚类数及相应的充电小车数；充电小车根据各节点的充电优先级依次为它们充电。

进一步地，所述初始化无线传感网，指确定无线传感网的规模及节点位置；所述无线传感网分为三个部分：基站、充电小车和节点，基站的位置固定，用于统筹调度充电小车，汇聚节点的数据；充电小车负责对各节点充电；节点负责监测无线传感网，收集周围数据，与基站进行通信，节点在无线传感网中随机分布，位置固定且已被基站知晓。

进一步地，所述确定无线传感网中各节点的能耗率，包括：

节点i的能耗率p_i由数据传输能耗率e_t和数据感知能耗率e_s两部分组成，计算方式如下：

p_i＝e_t+e_s＝(e₀+e₁d^α)b_t+e₂b_s (1)

其中，e₀表示用于编码和调制1bit数据所耗费的能量，e₁表示传输1bit数据至1米远处所耗费的能量，e₂表示感知1bit数据所耗费的能量，d表示传输距离，α表示路径损耗指数，b_t表示数据传输率，b_s表示数据感知率。

进一步地，所述基于各节点的能耗率，采用基于能量约束的模糊C均值聚类算法将无线传感网中的节点分为若干个簇，具体为：

将节点坐标集X＝{x₁,x₂,…,x_n}划分为c个簇，其代价函数如下：