[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

本發明屬于無線傳感器網絡領域，涉及一種適于無線可定位傳感網絡的節點優化部署方法。該方法以處理無線可定位傳感網絡節點優化部署為目的，步驟為：獲取分立狀態下傳感節點天線增益估計模型；構建聯立狀態下的雙偶極子天線輻射增益模型和場強估計模型；通過移動充電器、傳感節點和普通節點之間的通信獲得優化目標函數；采用基于信息正遷移機制的多任務進化算法對目標函數進行優化，獲得傳感節點最優部署方式。本發明的特點是，有效提高了充電器的能量利用率，降低充電失活時間，同時實現整個系統高精度定位和大范圍覆蓋的要求。

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡領域，涉及一種適于無線可定位傳感網絡的節點優化部署方法。

背景技術

得益于無線通信技術、遙感技術、計算機技術和微型電子制造技術的迅速發展，無線可充電傳感器網(Wireless Rechargeable Sensor Networks，WRSNs)應運而生并得到廣泛應用。與傳統的由電池供電的節點不同，無線可充電傳感器網絡中的傳感節點通過射頻信號等能源來收集能量，充電過程受周圍環境變化的影響較小，能夠有效延長網絡的正常工作壽命。在WRSNs中，傳感節點的部署方式是影響充電時間、充電效率和普通節點定位精度的重要因素，基于WRSNs的節點優化部署已成為業界的研究熱點。

在基于WRSNs的節點優化部署系統中，節點資源規劃旨在提高充電器的能量傳輸率，降低能量損耗，節點資源規劃問題可以分為兩種情況：基于充電器的資源規劃問題和基于傳感節點的資源規劃問題。當充電器對傳感節點進行充電時，空間中傳輸的微波能量會隨著距離的增加而衰減，當沒有傳感節點接收該能量時，會出現能量浪費的情況，因此充電器與傳感節點的位置部署對節點資源規劃問題的影響較大。然而現有無線充電研究通常將傳感節點的位置固定，然后在網絡中部署可移動的充電設備，利用路徑尋優算法規劃其最優行經路線，而沒有考慮傳感節點位置部署動態變化的情況對充電問題的影響。同時在現有針對能量傳輸模型的研究中，傳感節點通?；谧赃m應分布式算法，通過調整自身的最優數據傳輸速率、鏈路流量和路由路徑與周圍普通節點進行通信，而沒有基于天線輻射特征構建能量傳輸模型。

基于以上背景，本發明以實現更高能量傳輸率、更高定位精度和更大覆蓋范圍為目標，采用雙偶極子天線輻射增益模型作為移動充電器、傳感節點與普通節點之間的能量傳輸模型，通過優化傳感節點的位置和姿態獲得最小充電失活時間、最大定位精度和覆蓋范圍，提出一種適于無線可定位傳感網絡的節點優化部署方法。

發明內容

本發明的目的是，提供一種適于無線可定位傳感網絡的節點優化部署方法。本發明首先構建分離狀態下的基于偶極子天線的增益估計模型，進而獲得聯立狀態下的雙偶極子天線輻射增益模型和場強估計模型，然后以移動充電器、傳感節點與普通節點之間的場強估計模型為基礎，獲得充電失活時間、定位精度和覆蓋范圍目標函數，最后提出基于信息正遷移機制的多任務優化算法，并將其用到本系統中，獲得最優傳感節點部署方式。

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輻射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表示停留位置的數量。