[發明專利]基于粒子群優化的射頻能量源布置與發射功率設置方法

有效

• 申請號: 202010552798.6
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111867030B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 池凱凱;金煒煒;邊繼東
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H04W52/18
• 分類號: H04W52/18;H04W52/28;H04W52/34;H04W72/044;H04W72/51;H04W84/18;G06N3/006
• 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

一種基于粒子群優化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、節點能量捕獲功率需求值、射頻能量源布置的個數以及能量源總功率閾值，利用粒子群算法來優化能量源的布置位置和能量源的發射功率設置，算法中粒子的適應度值定義為到達節點能量捕獲功率需求值的節點比例，通過粒子不斷搜索，最終得到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，使較多節點的能量捕獲功率需求得到滿足。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡中基于粒子群優化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、射頻能量源總發送功率約束以及待布置的能量源個數該類場景，通過粒子群算法尋找合適的能量源布置位置和分配功率，聯合優化使得達到能量捕獲功率需求值的節點個數與總結點個數比值最大化，即節點覆蓋率最大化，是射頻能量捕獲網絡需要解決的重要問題之一。

目前已有的一些射頻能量源布置與發射功率設置方法以最小化滿足所有節點能量捕獲功率需求所需布置的能量源個數、最大化節點總能量捕獲功率等為目標，幾乎沒有以最大化覆蓋率為目標的射頻能量源布置與發射功率設置方法。

發明內容

針對待布置的射頻能量源個數、節點的能量捕獲功率需求值給定的情況，為了克服現有射頻能量源布置與發射功率設置方法無法達到高節點覆蓋率的不足，本發明提供一種有效的基于粒子群優化的射頻能量源布置與發射功率設置方法，實現了射頻能量源的布置位置與發射功率的合理設置，使較多節點的能量捕獲功率需求得到滿足。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于粒子群優化的射頻能量源布置與發射功率設置方法，所述方法包括如下步驟：

(1.1)對于i＝1,2,…,M,做如下操作：初始化第i個粒子的初始位置其中K是有待布置的射頻能量源的個數，對于任意j＝1,2,…,K,和是在能量源布置區域內隨機挑選的一個位置點的橫坐標值和縱坐標值，是在[0,p_max]范圍內隨機挑選的一個值，其中p_max是能量源的最大發送功率，初始化第i個粒子的初始速度矢量v_i＝0，初始化第i個粒子的最優位置b_i為它的初始位置，即b_i←x_i；其中M表示粒子的個數，其取值方式與傳統粒子群算法中粒子個數取值方式一樣；

(1.2)對于i＝1,2,…,M,做如下操作：檢查第i個粒子中所有能量源的分配功率之和是否小于等于給定的能量源總發送功率閾值P_th，即要成立；如果大于P_th，則對該粒子中的進行以下除法下降：對于任意j＝1,2,…,K，將值更新為它除以與P的比值，即