CN110351735B - 一种基于贪心算法的无线可充电传感网基站部署方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于贪心算法的无线可充电传感网基站部署方法。现有无线可充电传感器网络的充电基站部署方法运算量较大；本发明如下：1、建立平面直角坐标系；2、对n个普通节点按照到坐标原点的距离从小到大依次排序并编号。3、以总节点集合U中编号最小的普通节点为中心建立候选集合Si。4、在第i特征圆范围内确定出一个或多个基站节点的位置。5、若总节点集合U内没有普通节点，则完成所有基站节点位置的确定；则，继续按照步骤3和4选取基站节点。本发明通过在中心圆上移动候选圆的方式，使得基站节点能够尽可能多地覆盖无线可充电传感器，进而减少整个无线传感器网络的充电成本，更加符合实际应用场景。

Description

一种基于贪心算法的无线可充电传感网基站部署方法
技术领域
本发明属于无线可充电传感器网络技术领域，具体涉及一种基于贪心算法的无线可充电传感网基站部署方法。
背景技术
传统的传感器节点往往使用电池供电，那么在无线通信过程中就会消耗大量传感器节点的能量，使得传感器有效工作时间很短。研究学家们希望通过运用一些技术来维护网络的稳定性，于是有了无线可充电传感器。如今随着技术的要求，无线可充电传感器网络(Wireless Rechargeable Sensor Networks,WRSN)技术越来越成为了众多研究领域的焦点，而在可充电传感网络中，无线充电基站的造价一般都很高，因此，如何使用最少的基站满足无线传感器网络的持续运行要求是一个十分重要的问题。
目前，关于无线可充电传感器网络的充电基站部署问题，针对充电基站不同的特点，已有一些研究。郝鹏等人在专利《一种基于波束成形的方向自适应无线充电技术》(专利号：CN103441583A)中，提出了一种基于波束成形技术的无线充电技术，这种技术相对于电磁感应式无线充电方式，可以提高无线充电的距离，而且相对于谐振式无线充电方式能提高无线充电的效率。但是专利中只针对单个充电基站的工作模式，没有涉及传感网中无线充电基站个数的优化。而万鹏等人在专利《一种无线可充电传感器网络的充电基站部署方法》(专利号：CN109246602A)中，提出了整个传感网的优化方案，不过计算过程比较复杂，难以适用于大型传感网络的配置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于贪心算法的无线可充电传感网基站部署方法。
本发明的具体步骤如下：
步骤1、建立平面直角坐标系，将与n个无线可充电传感器位置分别对应的n个普通节点放入平面直角坐标系的第一象限。n个普通节点组成的集合定为总节点集合。
步骤2、对n个普通节点按照到坐标原点的距离从小到大依次排序并编号。将1赋值给i。
步骤3、以总节点集合U中编号最小的普通节点作为第i个中心节点Oi；以第i个中心节点Oi为圆心，2R为半径作圆，得到第i特征圆，R为充电基站的有效充电区域半径。将位于第i特征圆内的所有普通节点加入候选集合Si，并从总节点集合U中移除。
步骤4、在第i特征圆范围内确定出一个或多个基站节点的位置。
4-1.以第i个中心节点Oi为圆心，R为半径作圆，得到第i个中心圆；将1赋值给j。
4-2.在第i个中心圆的轮廓上任选一点为圆心作圆，得到候选圆形；将候选圆形绕中心圆圆心移动一周，确定覆盖候选集合Si中普通节点最多的候选圆形位置，作为覆盖圆○ij；将覆盖圆○ij内的普通节点从候选集合Si中移除，并加入特征集合Qij。
4-3.若特征集合Qij内只有一个普通节点，则取该普通节点作为基站节点cij。
若特征集合Qij内有且仅有两个普通节点，则取该两个普通节点连线的中点作为基站节点cij。
若特征集合Qij内普通节点的数量大于或等于三个，则取特征集合Qij里间距最远的两个普通节点，记为第一筛选节点p1、第二筛选节点p2。取第一筛选节点p1与第二筛选节点p2连线的中点作为候选节点。找出候选集合Qj中除第一筛选节点p1、第二筛选节点p2之外距离候选节点最远的普通节点，记为第三筛选节点p3。若第三筛选节点p3与候选节点的间距大于R，则进入步骤4-4；否则，以候选节点作为基站节点cij，并直接进入步骤4-5。
4-4.以第一筛选节点p1、第二筛选节点p2、第三筛选节点p3分别为特征三角形的三个顶点，建立特征三角形。以特征三角形的外心作为基站节点cij，然后进入步骤4-5。
4-5.若候选集合Si中还存在普通节点，则将j增大1，并重复执行步骤4-2至4-4；否则，进入步骤5。
步骤5、若总节点集合U内没有普通节点，则完成所有基站节点位置的确定；否则，将i增大1后，并重复执行步骤3和4。
作为优选，完成所有基站节点位置的确定后，在无线传感器网络中各个基站节点对应的位置均安置上充电基站，为n个无线可充电传感器充电。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明摆脱了原有无线可充电传感网布置基站的弊端，可以通过算法来自动配置传感网内基站的位置。在尽可能少的部署充电基站的基础上，减少了被重复覆盖的节点，进而减少整个无线传感器网络的充电成本，更加符合实际应用场景。
2、本发明通过在中心圆上移动候选圆的方式，使得基站节点能够尽可能多地覆盖无线可充电传感器。
3、本发明基于贪心算法，算法的时间复杂度较低，能够适应于可充电传感器数量较大的应用场景。
4、本发明针对全向充电基站的应用，一个充电基站可以同时为多个无线可充电传感器充电，一个无线可充电传感器也可以同时接收来自不同充电基站的能源，能够最大化利用充电基站辐射出的能源。
附图说明
图1为本发明中充电基站与无线可充电传感网络的示意图；
图2为本发明的步骤3中选取第一特征圆的示意图；
图3为本发明的步骤4中候选圆在中心圆上移动的示意图；
图4为本发明的步骤4-3中三种情况的示意图。
图5为本发明与现有技术的基站数量对比折线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明针对无线传感器网络内所有的无线可充电传感器均设置在同一平面上，且各无线可充电传感器除了各自消耗功率不同之外，其它的规格均相同的充电基站部署场景。一个无线可充电传感器可以同时被多个充电基站充电。本发明设置的充电基站为规格相同的全向充电基站，其有效充电区域是一个以自身为圆心、半径为R的圆。只要一个无线可充电传感器在任意一个充电基站的充电区域内，则该无线可充电传感器即可持续工作，因此充电基站在同一个时刻能够为多个无线可充电传感器充电。在无线传感器网络的部署平面上设置有位置随机且已知的n个无线可充电传感器。充电基站与无线可充电传感网络的关系如图1所示。图1中，空心圆点为无线可充电传感器，十字点为充电基站；充电基站为中心、半径为R的圆形范围为充电基站的有效充电区域。
一种基于贪心算法的无线可充电传感网基站部署方法的具体步骤如下：
步骤1、建立平面直角坐标系，将与n个无线可充电传感器位置分别对应的n个普通节点放入平面直角坐标系的第一象限。n个普通节点组成的集合定为总节点集合U＝{u1,u2,…,un}。
步骤2、对n个普通节点按照到坐标原点的距离从小到大依次排序并编号。将1赋值给i。
步骤3、如图2所示，以总节点集合U中编号最小的普通节点作为第i个中心节点Oi；以第i个中心节点Oi为圆心，2R为半径作圆，得到第i特征圆。将位于第i特征圆内的所有普通节点加入候选集合Si，并从总节点集合U中排除。
步骤4、在候选集合Si中确定出一个或多个基站节点的位置。
4-1.以第i个中心节点Oi为圆心，R为半径作圆，得到第i个中心圆；将1赋值给j。
4-2.如图3所示，在第i个中心圆的轮廓上任选一点为圆心作圆，得到候选圆形；将候选圆形沿着第i个中心圆轮廓上移动一周，确定覆盖候选集合Si中普通节点最多的候选圆形位置，作为候选集合Si对应的第j个覆盖圆○ij(即候选集合Si对应的第j个覆盖圆○ij是满足圆心在第i个中心圆，半径为R的圆中覆盖候选集合Si内普通节点最多的那个。)；将候选集合Si对应的第j个覆盖圆○ij覆盖的候选集合Si内的普通节点从候选集合Si中移除，并加入特征集合Qij。
4-3.如图4所示，若特征集合Qij内只有一个普通节点，则取该普通节点作为基站节点cij；
若特征集合Qij内有且仅有两个普通节点，则取该两个普通节点连线的中点作为基站节点cij；
若特征集合Qij内普通节点的数量大于或等于三个，则取特征集合Qij里间距最远的两个普通节点，记为第一筛选节点p1、第二筛选节点p2。取第一筛选节点p1与第二筛选节点p2连线的中点作为候选节点。找出候选集合Qj中除第一筛选节点p1、第二筛选节点p2之外距离候选节点最远的普通节点，记为第三筛选节点p3。若第三筛选节点p3与候选节点的间距大于R，则进入步骤4-4；否则，以候选节点作为基站节点cij，并直接进入步骤4-5。
4-4.以第一筛选节点p1、第二筛选节点p2、第三筛选节点p3分别为特征三角形的三个顶点，建立特征三角形。以特征三角形的外心作为基站节点cij，然后进入步骤4-5。
4-5.若候选集合Si中还存在普通节点，则将j增大1，并重复执行步骤4-2至4-4；否则，进入步骤5。
步骤5、若总节点集合U内不存在任何一个普通节点，则进入步骤6；否则，将i增大1后，并重复执行步骤3和4。
步骤6、在无线传感器网络中在各个基站节点对应的位置均安置上充电基站，为n个无线可充电传感器充电。
为了验证本发明在减少基站数量上的优势，将背景技术中提到的专利《一种无线可充电传感器网络的充电基站部署方法》(专利号：CN109246602A)与本发明进行对比；结果如图5所示。
图5中，横坐标为传感器节点的个数，纵坐标为充电基站的个数；三角形连线(CCG)与《一种无线可充电传感器网络的充电基站部署方法》对应；圆点连线(CGA)与本发明对应；可以明显看出在相同平面内布置一定的传感器节点，节点数目较少时两者所需的基站个数相差不多；而在节点数增加到200个之后，差距开始体现；本发明所需的充电基站数量明显较少；且此后随着节点数继续增加，所需基站个数也趋于稳定。由此可以看出，本发明在减少基站数目的布置上面更优秀，对整个无线可充电传感网的布置成本都能进一步缩减。

Claims (2)

1.一种基于贪心算法的无线可充电传感网基站部署方法，其特征在于：步骤1、建立平面直角坐标系，将与n个无线可充电传感器位置分别对应的n个普通节点放入平面直角坐标系的第一象限；n个普通节点组成的集合定为总节点集合；
步骤2、对n个普通节点按照到坐标原点的距离从小到大依次排序并编号；将1赋值给i；
步骤3、以总节点集合U中编号最小的普通节点作为第i个中心节点Oi；以第i个中心节点Oi为圆心，2R为半径作圆，得到第i特征圆，R为充电基站的有效充电区域半径；将位于第i特征圆内的所有普通节点加入候选集合Si，并从总节点集合U中移除；
步骤4、在第i特征圆范围内确定出一个或多个基站节点的位置；
4-1.以第i个中心节点Oi为圆心，R为半径作圆，得到第i个中心圆；将1赋值给j；
4-2.在第i个中心圆的轮廓上任选一点为圆心作圆，得到候选圆形；将候选圆形绕中心圆圆心移动一周，确定覆盖候选集合Si中普通节点最多的候选圆形位置，作为覆盖圆○ij；将覆盖圆○ij内的普通节点从候选集合Si中移除，并加入特征集合Qij；
4-3.若特征集合Qij内只有一个普通节点，则取该普通节点作为基站节点cij；
若特征集合Qij内有且仅有两个普通节点，则取该两个普通节点连线的中点作为基站节点cij；
若特征集合Qij内普通节点的数量大于或等于三个，则取特征集合Qij里间距最远的两个普通节点，记为第一筛选节点p1、第二筛选节点p2；取第一筛选节点p1与第二筛选节点p2连线的中点作为候选节点；找出候选集合Qj中除第一筛选节点p1、第二筛选节点p2之外距离候选节点最远的普通节点，记为第三筛选节点p3；若第三筛选节点p3与候选节点的间距大于R，则进入步骤4-4；否则，以候选节点作为基站节点cij，并直接进入步骤4-5；
4-4.以第一筛选节点p1、第二筛选节点p2、第三筛选节点p3分别为特征三角形的三个顶点，建立特征三角形；以特征三角形的外心作为基站节点cij，然后进入步骤4-5；
4-5.若候选集合Si中还存在普通节点，则将j增大1，并重复执行步骤4-2至4-4；否则，进入步骤5；
步骤5、若总节点集合U内没有普通节点，则完成所有基站节点位置的确定；否则，将i增大1后，并重复执行步骤3和4。
2.根据权利要求1所述的一种基于贪心算法的无线可充电传感网基站部署方法，其特征在于：完成所有基站节点位置的确定后，在无线传感器网络中各个基站节点对应的位置均安置上充电基站，为n个无线可充电传感器充电。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11477662B2 (en) 2020-06-16 2022-10-18 City University Of Hong Kong Method for arranging base stations in a communication network
US11627473B2 (en) 2020-07-06 2023-04-11 City University Of Hong Kong Method for determining wireless communication network layout
CN111836193B (zh) * 2020-07-28 2022-05-03 杭州电子科技大学温州研究院有限公司 一种基于贪心算法的无线传感器网络的移动充电方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110088738A (ko) * 2010-01-29 2011-08-04 한국과학기술원 데이터 중심 저장 센서 네트워크에서의 부하 감쇄 방법 및 센서 노드
CN105704731A (zh) * 2016-04-28 2016-06-22 杭州电子科技大学 无线可充电传感网络的全向充电基站部署方法
CN109246602A (zh) * 2018-09-14 2019-01-18 杭州电子科技大学温州研究院有限公司 一种无线可充电传感器网络的充电基站部署方法
CN109587698A (zh) * 2018-12-10 2019-04-05 浙江工业大学 一种虚拟力修正的有向传感器网络节能覆盖方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201001732D0 (en) * 2010-02-03 2010-03-24 Bae Systems Plc Sensor network
US10015678B2 (en) * 2014-03-18 2018-07-03 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Provision of coverage for a wireless communication network by using moving base stations on robots or drones

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110088738A (ko) * 2010-01-29 2011-08-04 한국과학기술원 데이터 중심 저장 센서 네트워크에서의 부하 감쇄 방법 및 센서 노드
CN105704731A (zh) * 2016-04-28 2016-06-22 杭州电子科技大学 无线可充电传感网络的全向充电基站部署方法
CN109246602A (zh) * 2018-09-14 2019-01-18 杭州电子科技大学温州研究院有限公司 一种无线可充电传感器网络的充电基站部署方法
CN109587698A (zh) * 2018-12-10 2019-04-05 浙江工业大学 一种虚拟力修正的有向传感器网络节能覆盖方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Charging base Stations Deployment Algorithms for Wireless Rechargeable Sensor Networks》;Peng Wang，et.al;《2019 IEEE Wireless Power Transfer Conference (WPTC)》;20190621;全文 *
《基于费马问题的充电基站定位算法》;吴宝瑜等;《杭州电子科技大学学报（自然科学版）》;20190331;第39卷(第2期);全文 *

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