1.无线可充电传感网的k‑弱栅栏构建与移动充电调度方法,其特征在于采用的无线传感网络为:一个二维矩形窄带区域,随机部署有N个全向静止传感器节点,边界区域有一个可移动充电车,相关参数根据网络规模根据需求设置,具体步骤如下:步骤1:根据监控区域信息构建k栅栏图;
从二维矩形窄带区域中获取传感器节点的覆盖半径、覆盖能耗以及位置信息,构建栅栏图,设置边权、流量;
步骤2:利用最小费用最大流算法求解栅栏网络构造;
步骤3:根据最小费用最大流算法的信息,找到构成每条栅栏的传感器节点;
步骤4:根据求出的栅栏节点计算充电车的各项参数;
步骤5:为栅栏标号确定充电顺序,为k+1条栅栏按照左边界节点从上到下的顺序进行编号,确定每条栅栏充电休眠顺序;同时,每个传感器节点充电电量为传感器一个周期消耗的能量,即充到满电状态;
所述的步骤1具体实现如下:
所述的构建k栅栏图根据传感器节点覆盖半径和覆盖能耗决定;当栅栏数目要求为k时,需要求出k+1条栅栏,充电策略是开启k条栅栏,同时对另一条栅栏进行充电;详细步骤如下:
G G G G G
1‑1、构造一个有向权值图G=(V ,E ,W ,F);图的顶点V为场景中点的集合,其中每个传感器节点si被拆分为一个顶点对集合si和虚顶点si′,同时为左边界增加顶点lslot,为右G G G
边界增加顶点对集合rslot和rslot′;边E代表顶点的边;权值W 代表边的费用;权值F代表边的流量,确定网络的最大周期 即所有传感器节点的最小寿命为网络最大运行周期;同时设置充电车为每条栅栏服务的时间片段为
1‑2、根据监控区域传感器节点的信息,添加有向权值图G中的边;构建的弱栅栏覆盖,所以当传感器节点si在垂直区域上与传感器sj覆盖范围相互重叠,那么,增加有向边
步骤2所述的利用最小费用最大流算法,通过经典的EK算法,计算出k+1条费用最小的栅栏;
步骤3根据运行最小费用最大流算法后数据结构的信息,找出构成栅栏的节点,具体实现如下:
3‑1、从左边界lslot开始寻找构成k+1条栅栏的每个传感器节点,如果顶点lslot与某个顶点si之间建立原始网络图的流量为1,运行完最小费用最大流算法后,流量变为0,那么顶点si对应的传感器节点就是构成这条栅栏的一个节点;依次寻找下去,直到到达rslot′,这时构成一条栅栏的传感器节点就完全被找到了,记录该顶点序列为:Q1={lslot,s1,s1’,…,sn,sn’,rslot,rslot’},依次找到k+1个这样的序列集合;
3‑2、对于每个序列,提取出构成栅栏的传感器节点;针对序列Q1,去除左、右边界以及虚顶点,得到C1={s1,…,sn}为构成一条栅栏的传感器节点,依次找到构成k+1条栅栏的传感器节点;
步骤4具体实现如下:
4‑1、对于栅栏序列为Ci={S1....Sn},计算每条栅栏的长度|μi|=dist(lslot,S1)+dist(S1,S2)+...+dist(Sn,rslot),每条栅栏一个周期消耗的电量 Sj∈Ci;
4‑2、根据步骤4‑1计算方法,计算出每条栅栏的长度和一个周期消耗的电量;接着对于每条栅栏,充电车为每条栅栏服务的总时间为: 其中,v是充电车的移动速度,c为充电车输出功率,α为充电车输出功率的能量转化率;为每一条栅栏设置充电车速度v,功率c大小,使得ti≤τ,满足时间要求。