[發明專利]一種基于核心節點選擇的靜態充電基站部署方法

在審

• 申請號: 202110080186.6
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112929888A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 葉曉國;孫鴻廣
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W84/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王恒靜

本發明公開了一種基于核心節點選擇規則的無線傳感器網絡中靜態充電基站的部署方法，通過核心節點選擇規則，可以確定一個可充電無線傳感器網絡中最少的靜態充電基站個數。本發明與傳統靜態充電基站部署方法相比，通過核心節點選擇規則，可以確定一個可充電無線傳感器網絡中最少的靜態充電基站個數，并且能夠優化每個充電基站相互重疊的充電范圍，從而提高充電效用。

技術領域

本發明涉及無線傳感技術領域，具體涉及一種基于核心節點選擇的靜態充電基站部署方法。

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks,WSN)是由部署在監測區域內的傳感器節點，以無線自組織方式構成多跳無線網絡，節點間協同地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息。目前已被廣泛用于環境監測、城市監測和人體監測等領域。傳統的無線傳感器網絡中，由于傳感器節點體積小、攜帶電量有限，且在一些應用場景中難以為節點更換電池等制約因素，導致了能源問題成為WSN的一大挑戰。為了解決以上問題，如今有兩種解決思路：能量節約和能量獲取。能量節約技術致力于減少傳感器的能量消耗，目前的研究有傳感器休眠/激活機制、功率管理、平衡網絡負載、路由選擇等技術，減少單位時間能耗，延長網絡生命周期。然而，這并沒有從根本上解決傳感器能量的問題，并且該方法需要在能耗節約和傳輸性能之間進行權衡，可能損失傳輸性能。而能量獲取技術，其基本思想是從環境中獲取能量，如太陽能、射頻能、風能、震動能等，其優勢在于可以從周圍環境中汲取能量。但由于環境中能量不穩定且密度較低，為了達到一定的能量獲取率，每個傳感器節點都需要配備體積較大的能量轉換器，并且能量轉換效率較低。此外，由于外部環境具有不可預測性，能量獲取過程不可控且難以精確預測。

為了解決上述問題，人們開始把目光投向無線能量傳輸技術(WPT)，從而提出一種無線可充電傳感器網絡(WRSN)。WRSN通過無線充電器持續穩定的給傳感器網絡中的節點提供能量，從而達到真正意義上解決能量約束問題。按照充電器在傳感器網絡中是否可移動來劃分，可分為靜態充電和移動充電兩種形式。

移動充電是利用近場的磁耦合諧振無線充電傳輸技術來實現高效率、短時間的充電。其實現方式靈活，研究內容除了路徑規劃外還能夠整合數據采集以及數據傳輸等功能。但是在某些現實環境條件下，傳感器節點不易接近，能量發送線圈和能量接收線圈之間不易對準，從而導致能量傳輸效率低甚至無法充電的情況。

靜態充電是利用遠場輻射式無線能量傳輸技術，可以有較大的覆蓋面積，適合于傳感器節點部署稠密和傳感器能耗低的部署條件中。其中一個要解決的問題是如何在保證所有節點都正常工作的前提下，使靜態充電基站的個數最少、功耗最低，即充電效用最大化。為此，已經有很多學者進行了相關的研究。已有學者提出了兩種優化算法：一種是中心聚類算法，將傳感器節點聚類后優化覆蓋區域，但是由于聚類算法本身的缺陷，會導致充電基站的部署有較多的充電重合區域；另一種是基于面分割的思想，將傳感器網絡分成多個小區域，使其覆蓋整個傳感器網絡，但此算法的隨機性較高，可能導致某些區域傳感器節點較多而另一些區域傳感器節點較少。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基于核心節點選擇的靜態充電基站部署方法，該方法可以解決傳統的靜態充電基站部署方法存在的充電基站位置部署不夠合理，充電范圍有較多的重疊區域，充電基站個數過多導致充電效用不高的問題。

技術方案：本發明所述的基于核心節點選擇的靜態充電基站部署方法，包括：

(1)將無線可充電傳感器網絡抽象為二維平面上的區域，無線可充電傳感器網絡內部署若干傳感器節點；

(2)選擇第一個核心節點，所述第一個核心節點為距離二維坐標的原點位置最近的傳感器節點，并初始化j＝1；

(3)計算第j個傳感器和其他n-j個傳感器的距離，并將其從小到大排序；