一种基于贪婪算法的射频能量源布置方法与流程

本发明涉及一种基于贪婪算法的射频能量源布置方法，该方法适用于传感器节点能够捕获射频能量的无线传感器网络。

背景技术

电磁波作为一种无处不在、绿色环保且可持续的能源，越来越受到学术界和工业界的重视。射频能量捕获无线传感网就是一种捕获环境中的射频能并转化成电能以支持节点持续性工作的新型网络。

但是现阶段射频能量捕获传感器节点捕获环境中的射频能的速率还是非常得低，这是该类新型网络广泛应用的瓶颈之一。为了克服这个弱点，部署专用射频能量源给节点供电是一种可行有效的方法。

由于射频能在传输过程中会损耗一定的能量，即能量源距离节点越远，节点捕获到的射频能越少，节点的能量捕获功率取决于能量源的布置位置。另外，节点往往有能量捕获功率需求值，比如说该值为节点的平均功耗，实际捕获功率超出需求值的多余部分，不会带来任何效益。因此，针对给定捕获射频能量的节点位置、射频能量源候选布置位置以及待布置的能量源个数该类场景，在候选的布置位置集合中挑选合理的布置位置，使节点的总有效捕获功率较大，是射频能量捕获网络需要解决的一个重要问题。

技术实现要素：

为了克服现有射频能量源布置方法的节点总效捕获功率较小的不足，本发明根据给定捕获射频能量的节点位置、射频能量源候选布置位置以及待布置的能量源个数，考虑到节点有能量捕获功率需求值，提供一种基于贪婪算法的射频能量源布置方法，来达到较大的节点总效捕获功率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于贪婪算法的射频能量源布置方法，包括以下步骤：

步骤1.对于i＝1,2,…,m和j＝1,2,…,n,其中m是捕获射频能量的节点个数，n是射频能量源的候选布置位置个数，根据公式(1)计算第i个节点从布置在第j个候选布置位置上的能量源所捕获的功率pi,j：

其中η表示整流效率，gs表示能量源天线发射增益，gr表示节点天线接收增益，lp表示极化损耗，λ表示波长，di,j是第i个节点和第j个候选布置位置之间的距离，p是能量源的能量发送功率；

步骤2.初始化c＝{c1,c2,…,cn}，其中ci为第i个候选布置位置，c为n个候选布置位置的集合，初始化其中c'为已选出的要布置能量源的位置集合，即

步骤3.设置n＝0；

步骤4.对于i＝1,2,…,m，令其中为第i个节点当前的有效能量捕获功率；

步骤5.对c\c'中的每个候选位置ck,根据公式(2)为其计算布置上一个能量源后有效能量捕获功率的增量

其中是第i个节点的能量捕获功率需求值；

步骤6.在候选位置集合c\c'中挑选出具有最大值的那个候选位置ck,令c'←c'∪{ck}；

步骤7.对于i＝1,2,…,m，令

步骤8.n←n+1，如果n＝k，则跳到步骤9，否则跳到步骤5,其中k是需要布置的能量源个数；

步骤9.根据c'来确定能量源的布置位置，即对于每个cj∈c'，在第j个候选位置上放置一个能量源；

步骤10.结束。

本发明的有益效果为：根据给定捕获射频能量的节点位置、射频能量源候选布置位置以及待布置的能量源个数，考虑到节点有能量捕获功率需求值，达到较大的节点总效捕获功率。

附图说明

图1是本发明基于贪婪算法的射频能量源布置方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明。

参照图1，一种基于贪婪算法的射频能量源布置方法，包括以下步骤：

步骤1.对于i＝1,2,…,m和j＝1,2,…,n,其中m是捕获射频能量的节点个数，n是射频能量源的候选布置位置个数，根据公式(1)计算第i个节点从布置在第j个候选布置位置上的能量源所捕获的功率pi,j：

其中η表示整流效率，gs表示能量源天线发射增益，gr表示节点天线接收增益，lp表示极化损耗，λ表示波长，di,j是第i个节点和第j个候选布置位置之间的距离，p是能量源的能量发送功率；

步骤2.初始化c＝{c1,c2,…,cn}，其中ci为第i个候选布置位置，c为n个候选布置位置的集合，初始化其中c'为已选出的要布置能量源的位置集合，即

步骤3.设置n＝0；

步骤4.对于i＝1,2,…,m，令其中为第i个节点当前的有效能量捕获功率；

步骤5.对c\c'中的每个候选位置ck,根据公式(2)为其计算布置上一个能量源后有效能量捕获功率的增量

其中是第i个节点的能量捕获功率需求值；

步骤6.在候选位置集合c\c'中挑选出具有最大值的那个候选位置ck,令c'←c'∪{ck}；

步骤7.对于i＝1,2,…,m，令

步骤8.n←n+1，如果n＝k，则跳到步骤9，否则跳到步骤5,其中k是需要布置的能量源个数；

步骤9.根据c'来确定能量源的布置位置，即对于每个cj∈c'，在第j个候选位置上放置一个能量源；

步骤10.结束。

针对给定捕获射频能量的节点位置、射频能量源候选布置位置以及待布置的能量源个数该类场景来说明本发明的具体实施方案。

首先根据各个节点的物理位置和各个候选布置位置的物理位置，计算出每个节点和每个候选布置位置之间的距离。然后对于j＝1,2,…,n,计算各个节点从布置在第j个候选布置位置上的能量源所捕获的功率pi,j。

接着进行集合初始化和参数初始化。令c＝{c1,c2,…,cn}，其中ci为第i个候选布置位置，c为n个候选布置位置的集合，令其中c'为已选出的要布置能量源的位置集合，即对于i＝1,2,…,m，令其中为第i个节点当前的有效能量捕获功率。

然后迭代地选出一个候选位置来加入已选位置。在每次迭代中，对c\c'中的每个候选位置，为其计算布置上一个能量源时有效能量捕获功率的增量，并挑选出具有最大增量的那个候选位置，加入已选位置c'。不断迭代增加选出来的能量源部署位置，直至达到需要布置的能量源数目k为止。

迭代结束后，根据c'来确定能量源的布置，即对于每个cj∈c'，在第j个候选位置上放置一个能量源。