一种移动接收无线传感器网络最优充电策略及其制定系统

1.一种移动接收无线传感器网络最优充电方法，其特征在于，包括：将移动接收无线传感器网络等分为至少两个子区域；获取子区域中节点的位置信息和初始能量信息；根据移动接收无线传感器网络子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及节点能量消耗模型和节点能量充电模型，求解子区域中使充电效率最大的无线充电小车的最优行驶速度；根据每个子区域中无线充电小车的最优行驶速度确定移动接收无线传感器网络的最优充电策略；根据子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及节点能量消耗模型和节点能量充电模型求解子区域中使充电效率最大的无线充电小车的最优行驶速度，包括：根据子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及所述节点能量消耗模型和节点能量充电模型建立无线充电小车在子区域中的充电效率目标函数；根据所述充电效率目标函数，求解在子区域使充电效率最大的无线充电小车的最优行驶速度；所述根据子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及所述节点能量消耗模型和节点能量充电模型建立无线充电小车在子区域中的充电效率目标函数包括：根据子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及节点能量消耗模型和节点能量充电模型得到子区域中节点经无线充电小车充电后的节点剩余能耗；将所述子区域中的所述节点剩余能耗汇总得到所述子区域的总能量提升值；根据所述子区域的总能量提升值和无线充电小车在子区域中的充电能量消耗值计算无线充电小车在子区域中的充电效率；根据所述无线充电小车在子区域中的充电效率构建无线充电小车在子区域中的充电效率目标函数；所述节点剩余能耗按下式计算：E res_i ＝min(E full ,E init_i -E node_i +E h (i))式中，E res_i 为经无线充电小车充电后节点i的剩余能耗，E full 为节点电量为满时的能量，E init_i 为节点i的初始能量，E node_i 为节点i产生的能量消耗，E h (i)为节点i获取到的充电能量；所述子区域中所有节点的总能量提升值按下式计算：式中，E charge_j 为子区域j中所有节点的总能量提升值，n j 为在子区域j中的所有节点数量；所述无线充电小车在子区域中的充电效率按下式计算：式中，e charge_j 为无线充电小车在子区域j中的充电效率，E comsuption_j 为无线充电小车在子区域中的充电能量消耗；其中， 式中：P t 为无线充电小车的辐射功率，v j 为无线充电小车给子区域j充电的行驶速度，s为无线充电小车在移动接收无线传感器网络中的行驶路径总长度，k为移动接收无线传感器网络的子区域个数。 2.如权利要求1所述的移动接收无线传感器网络最优充电方法，其特征在于，所述根据每个子区域中无线充电小车的最优行驶速度确定移动接收无线传感器网络的最优充电策略，包括：根据每个子区域中无线充电小车的最优行驶速度得到无线充电小车对所述移动接收无线传感器网络的初始充电策略；判断无线充电小车执行所述初始充电策略所需的充电总能耗是否大于无线充电小车的初始总能量，若不大于，则判定初始充电策略为最优充电策略；若大于，则对所述初始充电策略进行调整，直至无线充电小车执行所述初始充电策略所需的充电总能耗不大于无线充电小车的初始总能量。 3.如权利要求2所述的移动接收无线传感器网络最优充电方法，其特征在于，对所述初始充电策略进行调整，包括：按比例增大无线充电小车在每个子区域的行驶速度，直至无线充电小车的充电总能耗不大于无线充电小车的初始总能量。 4.如权利要求3所述的移动接收无线传感器网络最优充电方法，其特征在于，所述无线充电小车对所述移动接收无线传感器网络的初始充电策略如下所示：π＝{v 1 ,v 2 ,…v j ，…v k }，其中，π为初始充电策略，v j 为无线充电小车为子区域j充电的最优行驶速度，j∈[1,k]，k为移动接收无线传感器网络子区域的个数；当无线充电小车用初始充电策略π给所述移动接收无线传感器网络充电时，无线充电小车在子区域j中以速度v j 为子区域j中的所有节点充电，当无线充电小车遍历完所有子区域后，充电结束。 5.如权利要求1所述的移动接收无线传感器网络最优充电方法，其特征在于，所述节点能量消耗模型的表达式如下所示：E node_i ＝ΔE node_i ·t其中：E node_i 为节点i产生的能量消耗，t为节点i的工作时间，ΔE node_i 为单位时间的节点i的能量损耗；ΔE node_i ＝m·[(2g i +1)·E elec +ξ a ]其中，m为节点每秒从外界采集的数据量，g i 为移动接收无线传感器网络中以节点i为网关的节点总数，E elec 为节点发送或接收每bit数据所消耗的传输能量，ξ a 为节点从外界采集1bit的数据消耗的能量。 6.如权利要求1所述的移动接收无线传感器网络最优充电方法，其特征在于，所述节点能量充电模型的表达式如下所示：其中，E h (i)为节点i获取到的充电能量，t start_i 为节点i开始进入无线充电小车的充电范围的时间t end_i 为节点i离开无线充电小车充电范围的时间，P r (d i )为节点i的充能接收功率，d i 为无线充电小车和节点i之间的距离。 7.如权利要求1所述的移动接收无线传感器网络最优充电方法，其特征在于，所述无线充电小车在子区域中的充电效率目标函数如下所示：e charge_j ＝max(e charge_j )。 8.如权利要求7所述的移动接收无线传感器网络最优充电方法，其特征在于，所述无线充电小车在子区域中的充电效率目标函数还包括如下约束条件：E res_i ＞＝E helthy式中，E helthy 为预设的子区域中节点的充电能量阈值。 9.如权利要求7所述的移动接收无线传感器网络最优充电方法，其特征在于，根据所述充电效率目标函数，按下式求解在子区域中使充电效率最大的无线充电小车的最优行驶速度：式中，ε为与收发天线增益以及传输损耗相关的常数，d为无线充电小车和节点之间的距离，α为基于自由空间短距离传输的friis方程引入的参数。 10.如权利要求9所述的移动接收无线传感器网络最优充电方法，其特征在于，所述节点包括：传感器节点、移动接收器节点和用于接收传感器节点传输的数据，并向移动接收器节点发送数据的子汇节点。 11.一种移动接收无线传感器网络最优充电策略制定系统，其特征在于，包括：分区模块，用于将移动接收无线传感器网络等分为至少两个子区域；采集模块，用于获取子区域中节点的位置信息和初始能量信息；计算模块，用于根据移动接收无线传感器网络子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及节点能量消耗模型和节点能量充电模型，求解子区域中使充电效率最大的无线充电小车的最优行驶速度；确定模块，用于根据每个子区域中无线充电小车的最优行驶速度确定移动接收无线传感器网络的最优充电策略；根据子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及节点能量消耗模型和节点能量充电模型求解子区域中使充电效率最大的无线充电小车的最优行驶速度，包括：根据子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及所述节点能量消耗模型和节点能量充电模型建立无线充电小车在子区域中的充电效率目标函数；根据所述充电效率目标函数，求解在子区域使充电效率最大的无线充电小车的最优行驶速度；所述根据子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及所述节点能量消耗模型和节点能量充电模型建立无线充电小车在子区域中的充电效率目标函数包括：根据子区域中节点的位置信息、初始能量信息以及节点能量消耗模型和节点能量充电模型得到子区域中节点经无线充电小车充电后的节点剩余能耗；将所述子区域中的所述节点剩余能耗汇总得到所述子区域的总能量提升值；根据所述子区域的总能量提升值和无线充电小车在子区域中的充电能量消耗值计算无线充电小车在子区域中的充电效率；根据所述无线充电小车在子区域中的充电效率构建无线充电小车在子区域中的充电效率目标函数；所述节点剩余能耗按下式计算：E res_i ＝min(E full ,E init_i -E node_i +E h (i))式中，E res_i 为经无线充电小车充电后节点i的剩余能耗，E full 为节点电量为满时的能量，E init_i 为节点i的初始能量，E node_i 为节点i产生的能量消耗，E h (i)为节点i获取到的充电能量；所述子区域中所有节点的总能量提升值按下式计算：式中，E charge_j 为子区域j中所有节点的总能量提升值，n j 为在子区域j中的所有节点数量；所述无线充电小车在子区域中的充电效率按下式计算：式中，e charge_j 为无线充电小车在子区域j中的充电效率，E comsuption_j 为无线充电小车在子区域中的充电能量消耗；其中， 式中：P t 为无线充电小车的辐射功率，v j 为无线充电小车给子区域j充电的行驶速度，s为无线充电小车在移动接收无线传感器网络中的行驶路径总长度，k为移动接收无线传感器网络的子区域个数。 12.一种移动接收无线传感器网络充电系统，其特征在于，包括：无线充电小车、服务站；其中，所述无线充电小车配置有充电策略制定系统和控制系统，所述充电策略制定系统根据权利要求1-10中任意一项所述的移动接收无线传感器网络最优充电策略制定移动接收无线传感器网络的充电方法；所述控制系统根据所述充电策略控制小车为所述移动接收无线传感器网络充电；所述服务站为所述无线充电小车补充能量。 13.一种移动接收无线传感器网络系统，包括无线传感器网络主体、无线充电小车及服务站，所述无线传感器网络主体中的节点包括移动接收器，其特征在于，所述无线充电小车配置有充电策略制定系统和控制系统，所述充电策略制定系统根据权利要求1-10任意一项所述的移动接收无线传感器网络最优充电方法制定所述无线传感器网络主体的充电策略；所述控制系统根据所述充电策略控制小车为所述无线传感器网络主体充电；所述服务站为所述无线充电小车补充能量。