[發(fā)明專(zhuān)利]一種射頻能量捕獲無(wú)線傳感網(wǎng)能量源最少化布置方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610172783.0
• 申請(qǐng)日: 2016-03-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105722104B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 池凱凱;林一民;李燕君;朱留栓;程珍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W16/18
• 分類(lèi)號(hào): H04W16/18;H04W72/04;H04W84/18
• 代理公司: 杭州斯可睿專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

一種基于粒子群優(yōu)化的射頻能量捕獲無(wú)線傳感網(wǎng)能量源最少化布置方法，從無(wú)線傳感網(wǎng)沒(méi)有射頻能量源該初始狀態(tài)開(kāi)始，反復(fù)執(zhí)行以下兩部分操作：增加部署一個(gè)新的射頻能量發(fā)送源和進(jìn)行基于粒子群優(yōu)化的K個(gè)能量源位置改善。每增加部署一個(gè)新的能量源，需要初始化每個(gè)粒子的初始位置、初始速度和該粒子的最優(yōu)位置，再執(zhí)行基于粒子群優(yōu)化的能量源位置優(yōu)化操作。對(duì)于每個(gè)K值，如果執(zhí)行基于粒子群優(yōu)化的能量源位置改善操作后，K個(gè)能量源的最優(yōu)部署已經(jīng)滿足所有傳感器節(jié)點(diǎn)的捕獲功率需求，能量源最少化布置方法結(jié)束。本發(fā)明提供一種有效減少能量源布置的數(shù)目、節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本的基于粒子群優(yōu)化的射頻能量捕獲無(wú)線傳感網(wǎng)能量源最少化布置方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種射頻能量捕獲無(wú)線傳感網(wǎng)能量源最少化布置方法，該方法適用于傳感器節(jié)點(diǎn)能夠捕獲射頻能量的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

背景技術(shù)

射頻能量捕獲無(wú)線傳感網(wǎng)(RF-energy harvesting wireless sensor networks,RF-HWSN)指一些能將環(huán)境中的射頻能量轉(zhuǎn)化成電能供電的傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通信方式相互聯(lián)系起來(lái)的通信網(wǎng)絡(luò)。射頻能量發(fā)送源的布置位置，直接影響各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)能量捕獲的輸出功率(后面簡(jiǎn)稱(chēng)為捕獲功率)。因此，在設(shè)計(jì)該類(lèi)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，需要合理布置每一個(gè)能量源，使得滿足每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的捕獲功率大于等于節(jié)點(diǎn)的能量消耗所需功率的條件下最少化射頻能量發(fā)送源的個(gè)數(shù)。

目前為止，已經(jīng)有少數(shù)文獻(xiàn)研究了射頻能量發(fā)送源放置問(wèn)題。有文獻(xiàn)考慮了只有單個(gè)射頻能量源且該能量源可以移動(dòng)的場(chǎng)景，研究了該能量源的最優(yōu)訪問(wèn)地點(diǎn)以最大化用戶自定義任務(wù)的收益(參見(jiàn)《Mission-aware placement of RF-based powertransmitters in wireless sensor networks》，刊于IEEE ISCC，2012)；有文獻(xiàn)考慮能量發(fā)送源移動(dòng)的場(chǎng)景，研究能量源的停留位置和相應(yīng)的停留時(shí)間，使得網(wǎng)絡(luò)中所有的傳感器節(jié)點(diǎn)充電的總時(shí)延最小化(參見(jiàn)《Minimizing charging delay in wirelessrechargeable sensor networks》，刊于IEEE INFOCOM，2013)；有文獻(xiàn)研究了靜態(tài)環(huán)境下能量源的放置問(wèn)題(參見(jiàn)《RF-Based charger placement for duty cycle guarantee inbattery-free sensor networks》，刊于IEEE Communications Letters，2015)，不過(guò)這些已有的研究都是針對(duì)所有傳感器節(jié)點(diǎn)具有相同的能量捕獲功率需求該場(chǎng)景。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能量捕獲功率需求不一樣的實(shí)際情況，為了克服現(xiàn)有射頻能量捕獲無(wú)線傳感網(wǎng)的能量源布置方式較多、成本較高的不足，本發(fā)明提供一種有效減少能量源布置的數(shù)目、節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本的基于粒子群優(yōu)化的射頻能量捕獲無(wú)線傳感網(wǎng)能量源最少化布置方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種射頻能量捕獲無(wú)線傳感網(wǎng)能量源最少化布置方法，包括如下步驟：

(1.1)首先根據(jù)無(wú)線傳感網(wǎng)中N個(gè)給定位置的能夠捕獲射頻能量的傳感器節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，來(lái)計(jì)算出這N個(gè)節(jié)點(diǎn)的最小覆蓋圓圓心；其中，N是傳感器節(jié)點(diǎn)總個(gè)數(shù)，N個(gè)節(jié)點(diǎn)的最小覆蓋圓是指覆蓋了所有N個(gè)節(jié)點(diǎn)且具有最小半徑的圓；

(1.2)初始化射頻能量發(fā)送源的個(gè)數(shù)K＝1；

(1.3)對(duì)于m＝1,2,…,M,做如下操作：初始化第m個(gè)粒子的初始位置對(duì)于任意i＝1,2,…,K,和為最小覆蓋圓中隨機(jī)挑出的一個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，初始化第m個(gè)粒子的初始速度矢量v_m＝0，初始化第m個(gè)粒子的最優(yōu)位置p_m為它的初始位置，即p_m←x_m；其中M表示粒子的個(gè)數(shù),其取值方式與傳統(tǒng)粒子群算法中粒子個(gè)數(shù)取值方式一樣；