2)中，Ec为传感器节点i接收kr比特和发送kt比特数据所消耗的能量，e为传感 器节点中接收器电路中每比特的能量消耗因子。
[0079]进一步，预设轨迹为在出层沿该层各网格的各中心处移动后，转至H1+1层，同样沿 该层各网格的各中心处移动，且从第出层出发直到遍历所有网格;设预设速度Vcharger，以及 在各网格的中心点处的停留时间tdwell。
[0080]所述停留时间tdirell适于根据设定的节点剩余能量阈值Eth进行确定，即使网络中 消耗能量最快的传感器节点的剩余能量在充电器对其充电前不低于给定阈值Eth;充电器适 于通过电磁感应充电技术对传感器节点进行无线能量补充，传感器节点的接收功率
，其中，λ是电磁波信号的波长，d是发送方和接收方之间的距离，发送方为充电 器，接收方为传感器节点。并且传感器节点的接收功率随着距离的增大急剧下降，当超过一 定阈值时接收功率可忽略不计，该阈值Rth为充电器的充电半径。
[0081 ] 其中，预设轨迹还可以采用且不限于Scan路径或Double Scan路径等方式。
[0082]进一步，设分层网络中各传感器节点的剩余能量为Er = Ei-Ec+E-，
[0083] 其中Ei、E。和Eobtain分别表示传感器节点初始能量、传感器节点消耗的能量和传感 器节点从无线充电器中获得的能量；以及为使网络中消耗能量最快的传感器节点的剩余能 量在充电器对其充电前不低于给定阈值，即Er>Eth作为约束条件与预设速度计算出 在各网格停留时间 tdwell，以使对该网格中的传感器节点进行无线充电后，该传感器节点的 剩余能量不低于给定阈值Eth，从而保证网络的有效运行和网络生命期的延长。
[0084] 进一步，所述停留时间tdTOn的计算方法包括：
[0085] 充电器的移动路径长度Lcharger为
[0087]传感器节点的能量消耗Ec为
[0089]任意第Hi层中的节点剩余能量均应大于给定阈值，即
[0093] 对于式（7 )，设充电器在分层网络中移动但不进行充电时tdwell = 0，t = Lcharger/ Vc^rger，进而获取充电器移动速度的下限值；
[0094] 第Hi层中网格的个数NumHi为：
[0096] 由于将Er>Eth作为约束条件，且EfEi-Ec+E。-即得出
[0097] Ei-Ec+E〇btain>Eth (9)
[0098] 传感器节点从充电器处获得的能量E-为
[0100]将上述公式(4)、（10)代入公式(9)得
[0102]进而得出停留时间tdwell的计算方程，SP
[0104] 式(幻中匕已仏为充电器沿预定轨迹移动充电的周期数。
[0105] 实施例2
[0106] 如图1至图3所示，在实施例1基础上，本实施例2提供了一种分层网络充电系统，所 述分层网络充电系统适于建立分层网络，且根据分层网络控制充电器对分层网络中各传感 器节点依次、分别进行充电。
[0107] 进一步，所述分层网络充电系统适于建立分层网络，即
[0108] 在矩形部署区域内建立起基于网格结构的分层网络，各传感器节点计算自己的层 级号并构建各传感器节点与sink节点间的路由路径；以及
[0109] 根据分层网络控制充电器对分层网络中各传感器节点依次、分别进行充电，即
[0110] 充电器沿预设轨迹、速度移动，依次在各网格的中心点处停留，为该网格中的传感 器节点充电，并在完成对当前网格中传感器节点的充电后，继续移向下一个网格进行充电。
[0111] 其中，关于分层网络充电系统中关于传感器节点的充电时间，即为充电器的停留 时间tdTOn，该停留时间计算方法详见实施例1的相关内容，这里不再重复。
[0112] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完 全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术 性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
【主权项】
1. 一种分层网络充电方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤Sl，构建分层网络； 步骤S2,在分层网络基础上对分层网络中各传感器节点依次、分别进行充电。2. 根据权利要求1所述的分层网络充电方法，其特征在于， 所述步骤Sl中构建分层网络，BP 在矩形部署区域内建立起基于网格结构的分层网络，各传感器节点计算自己的层级号 并构建各传感器节点与Sink节点间的路由路径；以及 步骤S2中在分层网络基础上对分层网络中各传感器节点依次、分别进行充电，即 充电器沿预设轨迹、速度移动，依次在各网格的中心点处停留，为该网格中的传感器节 点充电，并在完成对当前网格中传感器节点的充电后，继续移向下一个网格进行充电。3. 根据权利要求2所述的分层网络充电方法，其特征在于， 所述建立基于网格结构的分层网络的方法包括： 步骤Sll，在L*L的矩形部署区域采用笛卡尔坐标系，以网络的中心为坐标原点； 步骤S12,根据传感器节点的通信半径Rsenscir、充电器充电半径Rcharger，将整个网络划分 为若干个正方形且边长为α的网格，各传感器节点适于在分层网络中根据自己的位置信息 计算出相应的层级号。4. 根据权利要求3所述的分层网络充电方法，其特征在于， 传感器节点适于在分层网络中根据自己的位置信息计算出层级号的方法包括： 设传感器节点i的坐标为(Xl，)，则传感器节点i所属层级号出为：式(1)中，I I为取绝对值，I "1为上取整，xi、yi为传感器节点i的横坐标和纵坐标。5. 根据权利要求2至4项任一所述的分层网络充电方法，其特征在于， 所述步骤Sl中各传感器节点构建与Sink节点间的路由路径的方法包括： 传感器节点适于选择邻居传感器节点中位于下一层级的剩余能量最大且距离Sink节 点最近的传感器节点为自己的下一跳传感器节点，即 第H1+1层传感器节点适于选择第H1层中剩余能量最大且距离Sink节点最近的传感器节 点作为自己的下一跳传感器节点； 传感器节点能量消耗模型为： Ec = e*(kr+kt) (2) 式(2)中，E。为传感器节点i接收kr比特和发送kt比特数据所消耗的能量，e为传感器节 点中接收器电路中每比特的能量消耗因子。6. 根据权利要求5所述的分层网络充电方法，其特征在于， 预设轨迹为在H1层沿该层各网格的各中心处移动后，转至H1+1层，同样沿该层各网格的 各中心处移动，且从第出层出发直到遍历所有网格;设预设速度Vcharger，以及在各网格的中 心点处的停留时间tdwell; 所述停留时间tdTOn适于根据设定的节点剩余能量阈值Eth进行确定，即 使网络中消耗能量最快的传感器节点的剩余能量在充电器对其充电前不低于给定阈 值 Eth; 充电器适于通过电磁感应充电技术对传感器节点进行无线能量补充，传感器节点的接 收功率其中，λ是电磁波信号的波长，d是发送方和接收方之间的距离，发送方为充电器，接收 方为传感器节点。7. 根据权利要求6所述的分层网络充电方法，其特征在于， 设分层网络中各传感器节点的剩余能量为Er = Ei-Ec+E-， 其中Ei、E。和Ecibtain分别表示传感器节点初始能量、传感器节点消耗的能量和传感器节 点从无线充电器中获得的能量;以及 为使网络中消耗能量最快的传感器节点的剩余能量在充电器对其充电前不低于给定 阈值，即Er>Eth作为约束条件与预设速度Verger计算出在各网格停留时间tdwell，以使对该 网格中的传感器节点进行无线充电后，该传感器节点的剩余能量不低于给定阈值E th。8. 根据权利要求7所述的分层网络充电方法，其特征在于， 所述停留时间计算方法包括： 充电器的移动路径长度Uharger为传感器节点的能量消耗Ec为任意第H1层中的节点剩余能量均应大于给定阈值，即) 对于式（7)，设充电器在分层网络中移动但不进行充电时tdweii = O，则I = Uharger/ Vdlarge3r,进而获取充电器移动速度Vdlarger的下限值； 第Hi层中网格的个数Numfii为：由于将Er >Eth作为约束条件，且Er = Ei-Ec+E-，即得出 Ei-Ec+Eobtain>Eth (9) 传感器节点从充电器处获得的能量Ecibtain为I 将上述公式(4)、（ 10)代入公式(9)得进而得出停留时间tdTOn的计算方程，SP式(9)中匕6仏为充电器沿预定轨迹移动充电的周期数。9. 一种分层网络充电系统，其特征在于， 所述分层网络充电系统适于建立分层网络，且根据分层网络控制充电器对分层网络中 各传感器节点依次、分别进行充电。10. 根据权利要求9所述的分层网络充电系统，其特征在于，所述分层网络充电系统适 于建立分层网络，即 在矩形部署区域内建立起基于网格结构的分层网络，各传感器节点计算自己的层级号 并构建各传感器节点与Sink节点间的路由路径；以及 根据分层网络控制充电器对分层网络中各传感器节点依次、分别进行充电，即 充电器沿预设轨迹、速度移动，依次在各网格的中心点处停留，为该网格中的传感器节 点充电，并在完成对当前网格中传感器节点的充电后，继续移向下一个网格进行充电。
【专利摘要】本发明涉及一种WRSNs中基于网格结构的分层网络充电方法及系统，本分层网络充电方法包括：步骤S1，构建分层网络；步骤S2，在分层网络基础上对分层网络中各传感器节点依次、分别进行充电。本发明充分利用了层次型网络拓扑的优势提高网络本身的路由性能；并且实现了节点能量的及时补给保证每个网格中节点的剩余能量总是高于给定阈值，从而使网络运行在高效状态、延长了网络生命期；另外，本发明还具有计算简单的优点，能满足大规模网络应用。
【IPC分类】H04W40/10, H04W84/18, H04W40/02, H02J7/00
【公开号】CN105451292
【申请号】CN201510756243
【发明人】王瑶, 陈孝武, 于春娣
【申请人】常州英集动力科技有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月9日