[發(fā)明專利]無(wú)線可充電傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)充電次序調(diào)度方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710063337.0
• 申請(qǐng)日: 2017-01-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106714222A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林志貴;劉英平;張曉慧;王風(fēng)茹;張國(guó)濤;孟德軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W24/04
• 分類號(hào): H04W24/04;H04W84/18;H02J50/10
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是無(wú)線可充電傳感網(wǎng)絡(luò)中的一種充電次序調(diào)度方法，屬于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

基于磁耦合傳能的無(wú)線可充電傳感網(wǎng)絡(luò)中，攜帶能量的SenCar節(jié)點(diǎn)通過(guò)磁耦合技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)補(bǔ)充能量，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)健性，以及擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的生命周期。通過(guò)磁耦合技術(shù)為節(jié)點(diǎn)補(bǔ)充能量過(guò)程，受SenCar節(jié)點(diǎn)自身能量限制、充電時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等因素限制，很難保證為網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)及時(shí)地充滿電，這就帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)充電次序問(wèn)題。合理地安排網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)充電次序，對(duì)于保障節(jié)點(diǎn)的工作穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)健性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

針對(duì)一對(duì)一充電方式下的無(wú)線可充電傳感網(wǎng)絡(luò)，目前研究主要集中在對(duì)SenCar節(jié)點(diǎn)的調(diào)度，通過(guò)合理安排SenCar節(jié)點(diǎn)充電路徑，減少因路徑帶來(lái)的能量消耗。另外，對(duì)于大中型網(wǎng)絡(luò)，采用多個(gè)SenCar節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)補(bǔ)充能量，將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)充電簇，每個(gè)簇頭向相對(duì)合適度最大的SenCar節(jié)點(diǎn)發(fā)送能量補(bǔ)充請(qǐng)求信息。當(dāng)SenCar節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電決策時(shí)，綜合考慮充電簇的剩余能量、簇頭與SenCar節(jié)點(diǎn)之間的距離以及SenCar節(jié)點(diǎn)的可用性，從而提高SenCar節(jié)點(diǎn)的充電效率。實(shí)際上，受充電時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等因素影響，僅僅規(guī)劃SenCar節(jié)點(diǎn)充電路徑以及保證簇頭節(jié)點(diǎn)的能量需求是不夠的，應(yīng)從網(wǎng)絡(luò)全局考慮，充分考慮網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)剩余能量、位置、狀態(tài)等信息，合理調(diào)度充電次序，能有效地提高節(jié)點(diǎn)的工作穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)健性，以及網(wǎng)絡(luò)生命周期。

發(fā)明內(nèi)容

基于磁耦合的無(wú)線可充電傳感網(wǎng)絡(luò)中，采用一對(duì)一充電方式下，針對(duì)目前能量調(diào)度過(guò)程中，僅從規(guī)劃SenCar節(jié)點(diǎn)充電路徑以及保證簇頭節(jié)點(diǎn)的能量需求，沒(méi)有從網(wǎng)絡(luò)全局考慮等缺點(diǎn)，本發(fā)明充分考慮網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)剩余能量、位置、狀態(tài)等信息，合理調(diào)度充電次序，發(fā)明一種無(wú)線可充電傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)充電次序調(diào)度方法(G-SCC)。

無(wú)線可充電傳感網(wǎng)絡(luò)區(qū)域是一個(gè)N*N的正方形區(qū)域，如圖1所示，包括一個(gè)基站、一個(gè)SenCar節(jié)點(diǎn)、以及若干節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)可擔(dān)任簇頭功能(又稱簇頭節(jié)點(diǎn))節(jié)點(diǎn)或中繼功能(又稱中繼簇頭節(jié)點(diǎn))，基站負(fù)責(zé)收集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，位于區(qū)域的中心位置，即其坐標(biāo)值為(N/2，N/2)，且不可移動(dòng)。在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)部署了n個(gè)節(jié)點(diǎn)。初始時(shí)刻，SenCar節(jié)點(diǎn)位置與基站相同，也位于網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的中心位置，即坐標(biāo)值為(N/2，N/2)，負(fù)責(zé)對(duì)需充電的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行能量補(bǔ)充。

假設(shè)無(wú)線可充電傳感網(wǎng)絡(luò)中只有一個(gè)SenCar節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中低于閾值節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電，采用一對(duì)一充電，不參與節(jié)點(diǎn)能量和數(shù)據(jù)信息的收集工作。SenCar節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)充電效率為η，即SenCar節(jié)點(diǎn)傳輸一焦耳的能量時(shí)，節(jié)點(diǎn)只能接收到η焦耳的能量。

假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)和SenCar節(jié)點(diǎn)位置已知，當(dāng)SenCar節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)中某一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行能量補(bǔ)充時(shí)，會(huì)及時(shí)地將自身的位置信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點(diǎn)。與充電時(shí)間相比，SenCar節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)時(shí)間較小，忽略不計(jì)。

假設(shè)當(dāng)節(jié)點(diǎn)低于閾值時(shí)，該節(jié)點(diǎn)就進(jìn)入睡眠狀態(tài)，其中，睡眠狀態(tài)指的是低于閾值的節(jié)點(diǎn)只負(fù)責(zé)將自身信息發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)，不會(huì)在此狀態(tài)下?lián)未仡^節(jié)點(diǎn)或中繼簇頭節(jié)點(diǎn)。

在此網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上，發(fā)明一種無(wú)線可充電傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)充電次序調(diào)度方法，具體思想是：節(jié)點(diǎn)充電次序調(diào)度由數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程和充電調(diào)度過(guò)程構(gòu)成；數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，為均衡能量消耗，采用不均勻分簇的路由傳輸協(xié)議，以“輪”循環(huán)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；因簇的形狀在每輪中是不規(guī)則的，即每輪中簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)日是不確定的，并且網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)在生命周期內(nèi)都可能當(dāng)選簇頭節(jié)點(diǎn)或者是中繼簇頭節(jié)點(diǎn)，甚至是多次當(dāng)選。因此，在充電調(diào)度過(guò)程中，無(wú)法以簇為單位規(guī)劃充電次序，因而引入“格”的概念，將無(wú)線可充電傳感網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分為不同“格”，當(dāng)格中節(jié)點(diǎn)剩余能量低于設(shè)定閾值時(shí)，將其狀態(tài)信息(包括節(jié)點(diǎn)位置信息和節(jié)點(diǎn)在工作狀態(tài)時(shí)擔(dān)任簇頭節(jié)點(diǎn)的總輪數(shù))發(fā)送給所在簇內(nèi)的簇頭節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入睡眠狀態(tài)，如圖2所示，簇頭節(jié)點(diǎn)將此消息發(fā)送給基站，基站將該信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的SenCar節(jié)點(diǎn)，SenCar節(jié)點(diǎn)接收到節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息和能量補(bǔ)充請(qǐng)求消息，判斷節(jié)點(diǎn)所在的“格”，進(jìn)而依據(jù)“格”內(nèi)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、位置及其剩余能量，確定“格”和該節(jié)點(diǎn)的充電優(yōu)先級(jí)別，最終確定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)充電調(diào)度次序。

進(jìn)一步地，無(wú)線可充電傳感網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分為不同“格”，其步驟包括：

步驟一、以基站為中心，節(jié)點(diǎn)通信半徑一半為半徑畫圓；

步驟二、以圓和直角坐標(biāo)軸將網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分八個(gè)部分，分別為區(qū)域1～區(qū)域8，如圖3所示；