[發明專利]一種無線可充電傳感器網絡網格分簇路由方法

有效

• 申請號: 201810353024.3
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108770028B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 魏振春;王旭;呂增威;陸陽;石雷;馬學森;徐娟;衛星;馮琳
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W40/10;H04W40/20;H04L12/721;H04L12/715;H04W84/18
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 王華英

1.一種無線可充電傳感器網絡網格分簇路由方法，其特征在于，所述無線可充電傳感器網絡網格分簇路由方法包括：

在被監測的H×M二維區域，H為二維區域的長度，M為二維區域的寬度，設置有固定基站B、服務站S、由N個傳感器節點組成的傳感器網絡以及用于為傳感器節點進行充電的充電設備，傳感器節點用集合Π＝{s₁,...,s_i,...,s_N},1≤i≤N,i∈Z表示，其中，s_i表示第i個傳感器節點，s_N表示第N個傳感器節點，Z表示正整數；

利用虛擬蜂窩網格劃分所述傳感器網絡，每個所述虛擬蜂窩網格內的傳感器節點構成一個簇，根據虛擬蜂窩網格劃分結果計算充電設備的充電路徑；

所述充電設備從服務站S出發沿著充電路徑執行充電任務，根據充電設備執行的充電任務，計算出每個虛擬蜂窩網格內的簇頭節點；

根據所述傳感器節點、充電設備以及每個虛擬蜂窩網格內的簇頭節點，得到傳感器網絡中的傳感器節點之間的數據傳輸流向；

所述充電設備為移動充電設備，所述移動充電設備勻速行駛，移動速度為v，充電功率為U；

所述第i個傳感器節點的消耗功率為p_i、初始能量為

所述利用虛擬蜂窩網格劃分所述傳感器網絡包括：

計算虛擬蜂窩網格的邊長l為：

其中，D表示傳感器節點的通信半徑，r表示移動充電設備的充電半徑；

根據虛擬蜂窩網格的邊長l計算傳感器節點的節點梯度值：

其中，g_i表示傳感器節點的節點梯度值，表示傳感器節點所屬的虛擬蜂窩網格的中心到固定基站B的距離，其中，π_k表示第k個虛擬蜂窩網格，k表示虛擬蜂窩網格的編號，1≤k≤Ln,k∈Z，Ln表示內部含有傳感器節點的虛擬蜂窩網格的個數，即為簇個數；

計算內部含有傳感器節點的虛擬蜂窩網格的最短哈密頓回路，所述最短哈密頓回路即為移動充電設備的充電路徑L；

L＝{π₀,π₁,π₂,...π_i,...π_Ln,π₀}，其中，π₀表示服務站S的位置，π_i表示第i個虛擬蜂窩網格的中心；

所述充電設備從服務站S出發沿著充電路徑執行充電任務包括：

所述移動充電設備從服務站S的位置出發，沿著移動充電設備的充電路徑L依次訪問各個內部含有傳感器節點的虛擬蜂窩網格，并為虛擬蜂窩網格內部的所有傳感器節點進行無線充電，當第i個虛擬蜂窩網格內部的所有傳感器節點的能量都補充到最大值即E_max時，所述移動充電設備離開第i個虛擬蜂窩網格，行駛到充電路徑L中的下一個虛擬蜂窩網格即第i+1個虛擬蜂窩網格執行充電任務，直到移動充電設備訪問完充電路徑L中的所有虛擬蜂窩網格，最后返回服務站S；

所述根據充電設備執行的充電任務，計算出每個虛擬蜂窩網格內的簇頭節點包括：

當移動充電設備訪問第k個虛擬蜂窩網格時，計算出移動充電設備到達該虛擬蜂窩網格中心坐標的時間τ_k，時間τ_k包括移動充電設備的行駛時間和在各個虛擬蜂窩網格內的停留時間：

其中，m表示被移動充電設備訪問過的虛擬蜂窩網格的編號，0≤m＜k；表示第m個虛擬蜂窩網格中心坐標到第m+1個虛擬蜂窩網格中心坐標的距離，表示移動充電設備在第m個虛擬蜂窩網格內的停留時間；

根據移動充電設備到達該虛擬蜂窩網格中心坐標的時間τ_k，計算得到第k個虛擬蜂窩網格內的各個傳感器節點的剩余能量

其中，表示第nc輪充電調度時s_i節點的初始能量，p_i表示第i個傳感器節點的消耗功率；

計算第k個虛擬蜂窩網格內的各個傳感器節點的充電時間

其中，E_max表示虛擬蜂窩網格內部的所有傳感器節點的能量都補充到最大值，u(d)表示傳感器節點被移動充電設備充電時的能量接收效率函數，U表示移動充電設備的充電功率；

所述移動充電設備在第k個虛擬蜂窩網格內的停留時間等于該虛擬蜂窩網格內所有的傳感器節點的能量被補充到E_max所需的最大時間；

根據第k個虛擬蜂窩網格內的各個傳感器節點的充電時間將該虛擬蜂窩網格內的所有傳感器節點的能量被補充到E_max所需的最短時間的傳感器節點作為簇頭節點；

依次計算出每個內部含有傳感器節點的虛擬蜂窩網格內的簇頭節點，得到簇頭節點集合CH＝{CH₁,CH₂,...,CH_k,...,CH_Ln}，CH_k表示第k個虛擬蜂窩網格內的簇頭節點，CH_Ln表示第Ln個虛擬蜂窩網格內的簇頭節點。

2.根據權利要求1所述的一種無線可充電傳感器網絡網格分簇路由方法，其特征在于，根據所述傳感器節點、充電設備以及每個虛擬蜂窩網格內的簇頭節點，得到傳感器網絡中的傳感器節點之間的數據傳輸流向包括：

如果與第k個虛擬蜂窩網格的相鄰的虛擬蜂窩網格有多個簇頭節點，且多個簇頭節點的梯度值不相同，則CH_k優先選擇多個所述簇頭節點中的節點梯度值g_i最小者作為跳轉節點，通過跳轉節點將數據傳輸到基站；

如果與第k個虛擬蜂窩網格的相鄰的虛擬蜂窩網格有多個簇頭節點，且多個簇頭節點的梯度值相同，則分別計算出多個簇頭節點的權值Cherd(k,j)，選取權值Cherd(k,j)較大的簇頭節點作為跳轉節點，通過跳轉節點將數據傳輸到基站，權值Cherd(k,j)的計算公式為：

其中，d_kj表示簇頭節點k和簇頭節點j之間的距離，λ表示調整因子，E_j表示簇頭節點當前能量。