CN105025504A - 一种无线充电传感器网络锚点选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线充电传感器网络锚点选择方法，包括：步骤S1：移动收集器按照预先设置的锚点顺序，逐个完成锚点的数据采集，同时收集锚点邻居节点的剩余电池能量数据；步骤S2：移动收集器对所有描点完成一次访问后，按照剩余电池能量的大小从高到低进行排序，排序后的结果用列表Sˊ表示；步骤S3：从列表Sˊ中找到一个中间元素，利用旅行商问题的最近邻居算法找到Sˊ(1),Sˊ(2),...,Sˊ(m)之间最短访问路径；步骤S4：判断所述最短访问路径是否等于门限值，是则以该最短访问路径作为下次访问顺序，否则将列表Sˊ中剩余半列作为新的列表Sˊ，然后转至步骤S3。本发明可以有效提高数据收集的公平性和降低数据的延迟，并且能够避免对不需充电的传感节点进行充电。

Description

一种无线充电传感器网络锚点选择方法

技术领域

本发明属于无线能量传输技术领域，具体涉及一种无线充电传感器网络锚点选择方法。

背景技术

目前，传感器网络主要是由电池供电。由于传感电池有限的存储能量，无线传感器网络寿命往往有限。然而，在实际应用中，如地震、土壤检测、冰川运动监测等恶劣的环境，长时间无人坚守。虽然对延长无线传感网络生命周期有大量的研究，但是网络生命周期仍然是无线传感网络的性能瓶颈和阻碍他们大规模部署的一个关键因素。

一方面，它表明从自然中收集能量，如太阳能、风能、温度和振动，可以有效地改善网络性能和提高网络的生命周期。然而，从自然环境中获取能量仍然受到限制。这是因为能量收集的结果过于依赖环境。例如，在太阳能收集系统中，收集能量的多少取决于太阳辐射的时间和光照强度。

另外，收集自然能量延长网络寿命以及收集传感数据仍是无线传感器网络的一个重要任务。在能源收集网络中研究了优化数据收集效率，即传感器节点将数据转发到一个静态数据接收器中。这些方法属于基于静态数据收集的转发路由，可能会导致所有节点的非均匀能量消耗和在传感节点靠近汇聚节点时的拥堵以及数据包丢失问题。为了克服这些问题，最近提出了移动数据收集，即利用移动收集器收集传感器接受到的数据。因为路由收集已经被移动收集部分或者全部替代，因为这种方式可以有效的消除传感节点中的能源消耗的非均匀性和减轻靠近汇聚节点的传感节点的拥堵。

通常的做法是，移动收集器通过单跳传播数据收集。然而，这个方案会在数据收集和无线充电方案中产生新的问题。首先，采用单跳的数据收集，每次间隔只能收集到小数量的节点数据。只有驻留在锚点的节点可以传输数据而在其他节点产生的数据是不能收集的。因此，在单跳数据收集中，所有节点的数据收集公平性是大大减弱的。

发明内容

本发明目的之一在于为克服现有技术的缺陷，提供了一种无线充电传感器网络锚点选择方法，本发明可以有效提高数据收集的公平性和降低数据的延迟，并且能够避免对不需充电的传感节点进行充电。

本发明提供的一种无线充电传感器网络锚点选择方法，包括如下步骤：

步骤S1：移动收集器按照预先设置的锚点顺序，逐个完成锚点的数据采集，同时收集锚点邻居节点的剩余电池能量数据；

步骤S2：移动收集器对所有描点完成一次访问后，收集到所有节点的剩余电池能量数据，按照剩余电池能量的大小从高到低进行排序，排序后的结果用列表S'表示；

步骤S3：从列表S'中找到一个中间元素S'(m)，利用旅行商问题的最近邻居算法找到S'(1),S'(2),...,S'(m)之间最短访问路径；

步骤S4：判断所述最短访问路径是否等于门限值，是则转至步骤S6，否则转至下步；

步骤S5：将列表S'中剩余半列作为新的列表S'，然后转至步骤S3；

步骤S6：以所述最短访问路径作为下次访问顺序，结束本次计算。

本发明的有益效果在于，本方法可以最大限度地增加访问节点的数目，所以提高了数据收集和能量供给的公平性；在保障最大节点访问数量的同时，也能够有效降低数据的延迟；并且能够避免对不需充电的传感节点进行充电。

附图说明

图1所示为本发明无线充电传感器网络锚点选择方法流程图。

具体实施方式

下文将结合具体实施例详细描述本发明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。

如图1所示，本发明提供的一种无线充电传感器网络锚点选择方法，包括如下步骤：

步骤S1：移动收集器按照预先设置的锚点顺序，逐个完成锚点的数据采集，同时收集锚点邻居节点的剩余电池能量数据；

步骤S2：移动收集器对所有描点完成一次访问后，收集到所有节点的剩余电池能量数据，按照剩余电池能量的大小从高到低进行排序，排序后的结果用列表S'表示；

步骤S3：从列表S'中找到一个中间元素S'(m)，利用旅行商问题的最近邻居算法找到S'(1),S'(2),...,S'(m)之间最短访问路径；

步骤S4：判断该最短访问路径是否等于门限值，是则转至步骤S6，否则转至下步；

步骤S5：将列表S'中剩余半列作为新的列表S'，然后转至步骤S3；

步骤S6：以该最短访问路径作为下次访问顺序，结束本次计算。

当移动收集器完成了传感器周围的数据采集，锚点a的邻居节点数设为N^a，任意一个传感器i可以向移动收集器报告它当前的电池状态或者电池剩余能量b_i。移动收集器根据收到的信息决定下次访问锚点的顺序。

当移动收集器接收到当前所有传感器电池剩余能量{b_i}之后，按电池剩余能量{b_i}从高到低进行排序，排序后的结果用列表S'表示，S'(i)是列表S'中第i个元素成员。因此，S'是包含所有传感器节点电池信息的有序列表。移动收集器在该有序列表中搜索出能够满足下一次访问路径长度不超过门限值L_tsp的最大锚点数，也就是找到一个目标传感器S'(n)(即候补锚点)通过访问列表S'中序号不超过n的传感器序列，即S'(1),S'(2),...,S'(n)，使得移动收集器访问这些传感器的总路径长度不超过门限值L_tsp。那么，访问这些传感器序列的次序也就是访问锚点的顺序。

为了找到目标传感器S'(n)，算法首先找到一个中间的元素S'(m)，然后检查传感器S'(1),S'(2),...,S'(m)之间的最短访问路径。为了便于计算移动收集器访问的路径长度，传感器的位置可以看做是候选锚点。它的访问路径可以通过折半搜索算法或者旅行商问题(Traveling Salesman Problem，简称TSP)的近似算法来计算。用TSP的最近邻居算法找到移动收集器的最短访问路径。如果该最短访问路径长度等于门限值L_tsp，那么这个目标传感器就被找到了；否则根据移动收集器访问的长度是否大于或者小于门限值L_tsp来递归地搜索该列表的前半部分或者后半部分，即将前半列表或后半列表作为有序列表S'，递归地利用折半搜索算法或者TSP的近似算法对该列表重复搜索，直到找到目标传感器。

本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (1)

1.一种无线充电传感器网络锚点选择方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：移动收集器按照预先设置的锚点顺序，逐个完成锚点的数据采集，同时收集锚点邻居节点的剩余电池能量数据；

步骤S2：移动收集器对所有描点完成一次访问后，收集到所有节点的剩余电池能量数据，按照剩余电池能量的大小从高到低进行排序，排序后的结果用列表S'表示；

步骤S3：从列表S'中找到一个中间元素S'(m)，利用旅行商问题的最近邻居算法找到S'(1),S'(2),...,S'(m)之间最短访问路径；

步骤S4：判断所述最短访问路径是否等于门限值，是则转至步骤S6，否则转至下步；

步骤S5：将列表S'中剩余半列作为新的列表S'，然后转至步骤S3；

步骤S6：以所述最短访问路径作为下次访问顺序，结束本次计算。