利索能及
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专利号: 2020108043208
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于目标覆盖的可充电小车移动最优路径规划方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:(1)、构建网络模型并根据网络中传感器节点和覆盖目标位置构建网络图;

(2)、通过构造互不相交覆盖集,将大规模的无线传感器网络WSNs分解成若干个独立的局部无线传感器网络WSNs;

(3)、从互不相交覆盖集中选出关键覆盖目标tj,对剩余未覆盖的目标tk,选取离目标最近的传感器节点si,扩大它的覆盖半径RS,使得传感器节点si可以覆盖目标tk,致使区域内的目标都能被覆盖;

(4)、调度关键覆盖目标中的覆盖目标集,实现最大化目标集的覆盖寿命,通过计算关键覆盖目标中的传感器节点的权值,通过优先级调度的传感器节点轮流进行检测工作,其他节点处于睡眠状态,使得覆盖目标的覆盖寿命最大化同时最大化网络寿命;

(5)、在网络区域中心部署基站BS,引入移动充电小车MC,对覆盖目标集中的传感器节点进行无线充电;

所述步骤(1)中还包括以下步骤:

1.1)在一个感兴趣的平面区域M*Mm内,随机分布了m个覆盖目标T={t1,t2,…,tm},为最大时间地监测这些覆盖目标,在整个M*Mm区域内随机部署n个传感器节点,即S={s1,s2,…,sn},每个传感器节点被部署后并获知他们的位置信息,目标位置信息已知;

1.2)传感器节点的感知半径,即覆盖半径为RS,初始能量都为E0=1,传感器节点能量的大小体现了传感器节点寿命的大小;

1.3)传感器节点工作以轮为时间单位,每轮可以处于工作状态或者休眠状态;

1.4)给定无线传感器网络WSNs图G=(S,T,E,P)表示,其中S表示n个传感器节点的集合;T表示m个目标的集合,E={e1,…,en}表示传感器节点的初始能量集合;P={pij|i∈

1,…,n,j∈{1,…,m}}表示传感器节点与目标之间的覆盖关系;

1.5)基站位于区域的中心位置,能够获取到图G=(S,T,E,P)的相关信息;

所述步骤(2)还包括以下步骤:

2.1)计算出每个传感器节点与每个目标之间的欧式距离dij;欧式距离公式如下所示:

2.2)根据传感器节点对目标的覆盖概率随着目标和传感器节点之间的距离成指数变化,传感器节点概率覆盖模型如下:

2.3)权衡计算复杂度和目标覆盖精度,设置α=0.05,从而将连续的概率覆盖模型简化成一个离散概率覆盖模型,如下式:

2.4)在随机部署的无线传感器网络WSNs中,有存在大量冗余传感器节点,使得一个目标可能被多个传感器节点所覆盖,则可以通过离散概率覆盖模型计算每个目标的累积目标覆盖概率Pcum,公式如下:其中,n为覆盖该目标的传感器节点个数,Pi为传感器节点i单独覆盖目标的概率;

2.5)给定图G=(S,T,E,P),如果某一传感器节点的子集满足条件:St(j)={si|ei>0&&Pcum(j)≥Tp,i∈{i,...,n},j∈{1,...,m}};

其中Pcum(j)是目标tj的累积目标覆盖概率,Tp满足目标全覆盖的覆盖概率阈值,则称St(j)是目标tj的目标覆盖集;

2.6)构造互不相交覆盖集:首先确定每个目标tj(j∈{1,…,20})的目标覆盖集θj,判断若两个相邻目标tj,tk(j≠k,k∈{1,…,20})的目标覆盖集θj和θk的交集不为空,即θj∩θk≠φ,也就是说存在某一传感器节点可以同时覆盖目标tj和tk,则将目标tj和目标tk合并成一个新的目标子集t(j)(k),它们覆盖集合并成一个新的目标覆盖集θ(j)(k),依次遍历每个目标,直到该目标子集的覆盖集与其他目标子集的覆盖集互不相交;

所述步骤(3)中还包括以下步骤:

3.1)计算每个目标的目标覆盖能量,目标tj的覆盖能量et(j)是其目标覆盖集中所有传感器节点的能量之和,即:

3.2)计算关键覆盖目标,即目标集中具有最小能量的目标tj,

也就是说关键覆盖目标的覆盖寿命最小;

3.3)对剩余未覆盖的目标tk,选取离目标tk最近的传感器节点si扩大它的覆盖半径RS,使得传感器节点s可以覆盖目标tk,致使区域内的目标都能被覆盖;

3.4)再计算一遍互不相交覆盖集,同时将没有覆盖任何目标的传感器节点从传感器节点集合S中删除;

所述步骤(4)中还包括以下步骤:

4.1)计算关键覆盖目标tj的目标覆盖集中的传感器节点的权值,求传感器节点的权值的公式如下:其中,ω1+ω2=1,dij为关键覆盖目标tj与其覆盖目标集中的传感器节点si的距离,ei为其覆盖目标集中的传感器节点si的剩余能量;

4.2)工作状态下的传感器节点检测目标消耗的能量为δi,计算得到传感器节点的剩余能量为

4.3)根据其传感器节点的权值进行排序,权值越高,传感器节点的优先级越高;再根据优先级对传感器节点进行调度传感器节点工作,其他节点处于休眠状态,使得传感器节点的能量消耗降低。

2.如权利要求1所述的一种基于目标覆盖的可充电小车移动最优路径规划方法,其特征在于:所述步骤(5)中还包括以下步骤:

5.1)新的基于目标覆盖的无线可充电传感器网络模型,在网络区域中心部署基站BS用来收集传感器的状态信息,并进行充电路径规划;同时以目标为簇心,Rs为半径形成簇,并根据权值选出簇中锚点,所述锚点是移动充电小车MC为簇中传感器节点充电的停靠站点,权值计算公式为:其中,ω1+ω2=1,dij簇中传感器节点到簇心的距离,ei为传感器节点的剩余能量;

5.2)设计移动充电小车MC的充电模型:首先,移动充电小车MC携带电池容量为BMC,该电池为移动充电小车MC提供行驶驱动能量以及为传感器节点充电能量;移动充电小车MC在行驶过程中单位距离耗能为δMC;移动充电小车MC根据预先规划好的路径,从基站出发前往第一个簇,并依次前往下一个簇,直到回到基站,此过程称为一次充电回合;

5.3)基站根据获取到每个传感器节点的信息,该信息包括剩余能量和与基站距离,规划设计出移动充电小车MC的最短充电路径。