[發明專利]一種基于遺傳算法的射頻能量源布置與發射功率設置方法

有效

• 申請號: 201911037407.0
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110996381B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 劉思杞;池凱凱;許星原;葛海江
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H04W52/14
• 分類號: H04W52/14;G06N3/126
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種基于遺傳算法的射頻能量源布置與發射功率設置方法，針對給定捕獲射頻能量的節點位置、節點能量捕獲需求值、射頻能量源候選布置位置以及待布置的能量源個數的情況，利用遺傳算法和線性規劃求解方法來優化能量源的布置位置與能量源的發射功率設置，算法中染色體的適應度值定義為能量源的總發送功率，通過迭代執行染色體的選擇、交叉及變異等操作，最終得到較小網絡總功耗的能量源布置位置選取與能量源的發射功率設置。本發明的方法實現了射頻能量源的布置位置與發射功率的合理設置，能達到較小的網絡總功耗。

技術領域

本發明涉及一種基于遺傳算法的射頻能量源布置與發射功率設置方法，該方法適用于傳感器節點能夠捕獲射頻能量的無線傳感器網絡。

背景技術

電磁波作為一種無處不在、綠色環保且可持續的能源，越來越受到學術界和工業界的重視。射頻能量捕獲無線傳感網就是一種捕獲環境中的射頻能并轉化成電能以支持節點持續性工作的新型網絡。

但是現階段射頻能量捕獲傳感器節點捕獲環境中的射頻能的速率還是非常得低，這是該類新型網絡廣泛應用的瓶頸之一。為了克服這個弱點，部署專用射頻能量源給節點供電同時調整能量源發射功率，是一種可行有效的方法。

由于射頻能在傳輸過程中會損耗一定的能量，即能量源距離節點越遠，節點捕獲到的射頻能越少，節點的能量捕獲功率取決于能量源的布置位置。另外，節點往往有能量捕獲功率需求值，比如說該值為節點的平均功耗，實際捕獲功率超出需求值的多余部分，不會帶來任何效益。因此，針對給定捕獲射頻能量的節點位置、節點能量捕獲需求值、射頻能量源候選布置位置以及待布置的能量源個數該類場景，在候選的布置位置集合中挑選合理的布置位置，并對所布置的能量源的發射功率進行調整，聯合優化使得能量源總供能最小化，即能量源總發送功率最小化，是射頻能量捕獲網絡需要解決的重要問題之一。

發明內容

為了實現具有較低網絡總功耗的能量源布置，本發明根據給定捕獲射頻能量的節點位置、節點能量捕獲需求值、射頻能量源候選布置位置以及待布置的能量源個數，給出了一種基于遺傳算法的射頻能量源布置與發射功率設置方法，來達到較小的網絡總功耗。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于遺傳算法的射頻能量源布置與發射功率設置方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1.對于i＝1，2，…，M和j＝1，2，…，N，其中M是捕獲射頻能量的節點個數，N是射頻能量源的候選布置位置個數，計算第i個節點和第j個候選布置位置之間的距離d_i，j；

步驟2.染色體種群初始化：將染色體的長度設置為候選布置位置個數N，染色體的第j個基因對應第j個候選布置位置，第j個基因值為0則代表第j個候選位置不放置能量源，第j個基因值為1則代表第j個候選位置放置能量源；生成m個染色體，每個染色體中隨機挑出K個基因并將這K個基因值設置為1，其他N-K個基因值設置為0，m為種群規模，K為需要布置的能量源個數；對每個染色體，計算其對應的能量源布置下的總供能最小化該子問題，得到各個能量源的最優發送功率以及這K個能量源的總發送功率P_min，染色體的適應度值定義為p_min；

步驟3.將具有最大適應度值的染色體表示為Ch_best；

步驟4.初始化迭代次數變量Times為0；

步驟5.選擇：在當前這一代m個染色體中隨機挑出2個染色體配為一對，進行該操作n次從而得到n對染色體，其中n的取值大于等于以使下一步驟中新生成的染色體數目不少于m個；