[發(fā)明專利]高功耗WRSNs中基于SOM神經(jīng)網(wǎng)絡的多基站協(xié)同充電方法

有效

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• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110048483B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發(fā)明（設計）人: 韓光潔;廖澤欽;劉立;劉國高
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區(qū)
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;B60L53/66;B60L53/67;B60L53/68
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 丁濤

本發(fā)明公開一種高功耗WRSNs中基于SOM神經(jīng)網(wǎng)絡的多基站協(xié)同充電方法，步驟如下：利用SOM神經(jīng)網(wǎng)絡對WRSNs劃分類別；在各個類別內(nèi)添加一級移動充電器，直到所有傳感器節(jié)點均被添加到充電列表內(nèi)；根據(jù)一級移動充電器充電列表內(nèi)傳感器節(jié)點的連通性貢獻形成充電序列，并生成一級移動充電器充電路徑；利用遺傳算法根據(jù)一級充電器的駐留點規(guī)劃最短路徑，在該路徑上配備二級移動充電器和設立基站；每個充電周期內(nèi)，一級移動充電器對傳感器節(jié)點充電，二級充電器對一級充電器充電。兩者同時運行，通過無線充電電池作為媒介進行充電。本發(fā)明具有的有益效果：算法復雜度小，能夠準確劃分傳感器類別，實現(xiàn)傳感網(wǎng)全覆蓋充電，降低移動能量損耗和充電損耗。

技術領域

本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡技術領域，具體涉及一種工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)背景下的高功耗的WSNs中基于SOM神經(jīng)網(wǎng)絡的多基站協(xié)同充電方法。

背景技術

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，傳感器網(wǎng)絡應用廣泛。但是，給旋轉(zhuǎn)設備加上傳感器以監(jiān)視設備的工作狀況，大型工業(yè)環(huán)境監(jiān)測等，都不可能使用有線連接。因此無線傳感器網(wǎng)絡蓬勃發(fā)展，統(tǒng)一部署的高功耗高密度無線傳感網(wǎng)(工業(yè)酒廠發(fā)酵桶智能測控，工業(yè)食醋發(fā)酵桶管理等)，傳感器節(jié)點長期處于工作狀態(tài)，能耗較高，相同跳數(shù)節(jié)點具有接近的能耗，接近分布在一個個圓環(huán)上，具有大型高密度高功耗等特點。推動工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中無線傳感網(wǎng)發(fā)展關鍵在于解決傳感器節(jié)點能源有限問題。

無線充電傳感器網(wǎng)絡在近來的研究中得到了關注，包括規(guī)劃移動充電車路徑，進行充電決策，并設計移動充電車的協(xié)調(diào)。在一些研究中，移動充電器周期性在無線傳感器網(wǎng)絡中移動，并對其范圍內(nèi)的傳感器進行充電。研究大都規(guī)劃移動充電器路徑來最大化移動充電器停留在基站(BS)的時間。一些研究也提出按需移動充電策略來最大限度地提高移動充電器工作效率。此外，這些方案都使用單個基站配備一個或多個移動充電器來給傳感器充電。然而，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)背景下的無線傳感網(wǎng)節(jié)點數(shù)目眾多，它們可能無法覆蓋足夠的傳感器，特別是對于能量有限的。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)背景下，大型無線傳感網(wǎng)中傳感器節(jié)點長期處于工作狀態(tài)，能耗較高，保證所有傳感器節(jié)點能量得到及時補充極為重要。此外，大型高功耗無線傳感網(wǎng)充電周期短，發(fā)生充電故障時難以及時修復，連通性貢獻大的節(jié)點需要被優(yōu)先充電，放在充電序列前端，減少充電故障發(fā)生時對無線傳感網(wǎng)的影響

在最近的研究中，2017年，《Collaborative mobile charging policy forperpetual operation in large-scale wireless rechargeable sensor networks》提出，網(wǎng)絡被劃分為多個區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)節(jié)點具有相近能量消耗。為了提高充電效率，作者提出了一種自適應的充電算法，在這個算法中，移動充電器的變化基于每個區(qū)域的能量消耗。但是，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)背景下，無線傳感網(wǎng)密度很大，該算法劃分區(qū)域辦法難以實現(xiàn)準確劃分。

2015年，Sheng Zhang等在《Collaborative Mobile Charging》提出，移動充電器不僅可以給傳感器充電，而且還可以相互充電。作者提出了一種名為PushWait的理論協(xié)同充電方案，以最大限度地提高充電效率。但該算法涉及充電車之間頻繁充電，每次充電車之間充電都會造成充電損耗。

2018年，Haolin Liu等在《Recharging Schedule for Mitigating Data Loss inWireless Rechargeable Sensor Network》提出，可按照連通性貢獻生成充電序列，保證無線傳感器網(wǎng)絡關鍵節(jié)點被及時快速充電，保障無線傳感器網(wǎng)絡平穩(wěn)安全運行。

綜上所述，雖然無線可充電網(wǎng)絡取得了很大進展。但是，由于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)背景下的無線可充電網(wǎng)絡具有大型高密度的特點，仍有一些問題需要針對性研究：

(1)大型無線可充電傳感網(wǎng)絡難以實現(xiàn)所有的傳感器充電覆蓋問題；

(2)大型高功耗無線傳感網(wǎng)中能耗較高的傳感器節(jié)點造成傳感器節(jié)點能量難以得到及時補充問題；