[發明專利]一種適于無線可定位傳感網絡的節點優化部署方法

有效

• 申請號: 202010008040.6
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111163479B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 史偉光;王山川;王薇
• 申請（專利權）人: 廣東冠興科技發展有限公司
• 主分類號: H04W16/20
• 分類號: H04W16/20;H04W16/22;H04W84/18;H04B17/391;H04B17/327
• 代理公司: 重慶市諾興專利代理事務所(普通合伙) 50239
• 代理人: 劉興順

1.一種適于無線可定位傳感網絡的節點優化部署方法，其具體步驟如下：

步驟1：構建無線可充電傳感器網絡系統，系統由移動充電器、傳感節點、普通節點和服務站四部分組成，以提升系統的定位精度和充電效率、擴大覆蓋范圍為目標，并基于市場化的普及程度，選用偶極子天線作為移動充電器、傳感節點和普通節點的天線，依據經典電磁場理論，獲取分立狀態下的偶極子天線增益估計模型；

步驟2：以無線可充電傳感器網絡充電場景和定位需求為基礎，將分立狀態下的兩個偶極子天線增益估計模型納入到同一笛卡爾坐標系，結合三維空間的坐標軸旋轉公式，獲取聯立狀態下的雙偶極子天線位姿增益表達式和場強估計模型；

步驟3：在步驟2中的充電場景中，部署一個移動充電器和若干個傳感節點，傳感節點的初始位置已知，根據傳感節點初始位置確定移動充電器的行經路徑，通過周期性的運行移動充電器為處于其充電半徑內的所有傳感節點進行充電，將充電器行經一圈所用的時間定義為T，表示為其中τ_path是路徑運行時間，τ_i是停留時間，S表示停留位置；

步驟4：以優化充電場景下傳感節點的充電時間為目標，在充電周期T的每個時刻t_in獲取充電器與傳感節點的傳輸能量值P_in，將低于充電閾值P_th的時刻點之和記為充電失活時間T_{lost_time}，充電失活時間越小，說明充電器對傳感節點的充電效率越高，定義充電失活時間函數為t_{P_in＜P_th}為充電器傳輸能量值小于充電閾值的時刻點，M為傳感節點的個數；

步驟5：以提高定位系統的定位精度和覆蓋范圍為目標，根據Friis傳輸方程，建立滿足發射鏈路和接收鏈路條件的WRSNs系統通信鏈路模型，假設N為普通節點的個數，第n個普通節點收到第m個傳感節點天線的輻射功率值為第m個傳感節點接收到第n個普通節點的反向散射功率值為發送鏈路中的普通節點靈敏度閾值為P_T，接收鏈路中的傳感節點靈敏度閾值為P_R，則普通節點成功被識別的兩個條件為和其中m∈[1，M]，n∈[1，N]；

步驟6：結合步驟5所提通信鏈路模型，通過傳感節點與普通節點之間的通信，定義第n個普通節點的幾何精度因子為GDOP_n，定義第n個普通節點的覆蓋因子為G_n，僅當時，G_n＝1，否則G_n＝0，其中D_n，m是表示發送鏈路與接收鏈路能否正常通信的鏈路因子，根據幾何精度因子與覆蓋因子從而獲得定位程度評價函數f₂與覆蓋程度評價函數f₃，且有

步驟7：設計基于信息正遷移機制的多任務進化算法(Mulitifactorial evolutionaryalgorithm，MFEA)優化步驟4和步驟6所提出的WRSNs目標函數f₁、f₂和f₃，并將三個優化目標函數作為三個獨立的任務同時優化，由于MFEA算法中任意兩個隨機選擇的種群擅長的任務之間必須具有關聯性才能進行交叉，為了提高多任務之間的關聯性使其在最終優化過程中提供有效的遺傳因子，引入信息正遷移機制，在多任務統一搜索空間內，當一個任務作為主任務時，為其他幾個任務配置相應的權重使其與主任務目標函數的搜索空間一致，從而在優化過程中為主任務提供正向的遺傳因子協助主任務進行優化，整個算法基于種群搜索的隱含并行性，通過挖掘多個任務之間的潛在遺傳性互補以尋求最優解。

2.根據權利要求1所述的適于無線可定位傳感網絡的節點優化部署方法 ，其特征是聯立兩個偶極子天線增益估計模型在同一笛卡爾坐標系下，獲得雙偶極子天線增益估計模型，定義充電器天線的坐標為(x_R，y_R，z_R)，姿態為傳感節點天線的坐標為(x_T，y_T，z_T)，姿態為表示充電器天線的俯仰角，表示充電器天線的旋轉角，同理，表示傳感節點天線的俯仰角，表示傳感節點天線的旋轉角，其中增益角和旋轉角能夠保證傳感節點的充電覆蓋率和普通節點的識別率，通過推導獲得充電器天線和傳感節點天線位姿增益表達式分別為其中兩天線的增益角分別為θ_R＝arccos(Y₁/d)，d為傳感節點天線到充電器天線的距離，x_R，T＝x_R-x_T，y_R，T＝y_R-y_T，z_R，T＝z_R-z_T。