无线传感器网络中分层数据回传链路能量收集存储方法技术

一种无线传感器网络中分层数据回传链路能量收集存储方法，包括以下步骤：建立无线传感器网络，按一定的区域划分成簇，每个区域中的节点把数据传递给簇头后，簇头组成数据回传链路，把数据传递到数据收集器；网络中设置一个或若干个无线能量传输装置，把太阳能或风能转化为电磁能使用定向天线传输出去，簇头装备能量收集装置，能够收集存储能量。采用本发明专利技术所提出算法能够确定针对传感器网络中基于簇头的数据回传链路能量收集存储量的大小，能最大化系统总收益即数据回传总收益减去簇头节点收集能量所耗费的能量传输代价再减去能量存储损失代价。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无线传感器网络中分层数据回传链路能量收集存储方法，属无线通信

技术介绍
无线传感器网络由于其分散特性，其能耗问题一直是业界关注的重点问题。近些年来随着能量收集技术的进步，如何利用能量收集技术，优化无线传感器网络中数据传输得到了广泛的关注。现有文献大多假设传感器节点装备有能量收集设备，进而设计数据传输和能耗的优化问题呢。但是所有的网络节点均配备能量收集装置的场景具有一定的应用限制；并且现有的文献没有考虑使用特定的无线充电设备给数据收集的簇头充电。针对簇头的能量收集及数据回传研究更贴近实际场景，因为部署个别装备有能量收集装备的数据簇头在实际网络中更容易实现。经对现有技术文献的检索发现，Iannello等人在2012年5月第60卷第6期《IEEE通信期刊》上发表的名为Medium Access Control Protocols for Wireless Sensor Networks With Energy Harvesting的论文中提出了使用能量收集技术的无线传感器网络MAC层接入技术。Tutuncuoglu等人在2015年3月第33卷33期《IEEE选择性通信期刊》上发表的名为Optimum Policies for an Energy Harvesting Transmitter Under Energy Storage Losses的论文提出了考虑到能量损失的情况下的，基于能量收集的数据传输方案。Luo在2014年12月第25卷12期《IEEE并行与分布式系统》期刊上发表的名为Green Communication in Energy Renewable Wireless Mesh Networks:Routing,RateControl,and Power Allocation的论文，以及Li在2014年加拿大多伦多举办的IEEE INFOCOM会议上发表的名为Distributed Opportunistic Scheduling for Wireless Networks Powered by Renewable Energy Sources 的论文，提出了无线多跳网络中，基于能量收集的路由和速率控制技术。但是上述文献均没有考虑基于簇头的数据回传链路的能量收集存储方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是，根据现有无线传感器网络没有考虑使用特定的无线充电设备给数据收集的簇头充电的状况，本专利技术提出一种无线传感器网络中分层数据回传链路能量收集存储方法，即针对基于簇头的分层无线传感器网络中，簇头能量收集存储的优化方法。实现本专利技术的技术方案为，一种无线传感器网络中分层数据回传链路能量收集存储方法，所述方法建立无线传感器网络，按一定的区域划分成簇；每个区域中的节点把数据传递给簇头后，簇头组成数据回传链路，把数据传递到数据收集器；网络中设置一个或若干个无线能量传输装置，把太阳能或风能转化为电磁能使用定向天线传输出去；簇头装备能量收集装置，能够收集存储能量。所述数据收集器是无线传感网络所感知到的数据最终上报的中心，所有的智能电表的读数都要上报信息中心；能量收集装置是每个簇头节点所配备的装置，可以无线充电的手机装备有电磁耦合感应装置。本专利技术方法考虑一条N个簇头节点组成的数据回传链路，无线充电站发电量为μ0kwh；簇头i存储Si的能量，将会耗费充电站εiSi电量，其中εi是充电的效率常数，由充电站的距离所决定，耗费εiSi电量将引入viSi代价；则vk表示回传链路中第k个节点通过无线传输存储单位能量所造成的代价；实际状况中，vk和μ0成正比关系，μ0越大则vk会越小。由于每个簇头设备能量收集效率不一样，因此最初的能量存储水平也应该不一样。每个簇头节点，为了将来某段时间内为回传数据服务，因此必须事先存储收集能量，但是存储能量会产生漏电，因此存储太多会浪费能源。存储少了，会造成数据传输延迟。因此，需要设计一种算法，能够求出最优的存储策略。设簇头节点的存储策略为S＝{S1,...，Sn本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络中分层数据回传链路能量收集存储方法，其特征在于，所述方法建立无线传感器网络，按一定的区域划分成簇；每个区域中的节点把数据传递给簇头后，簇头组成数据回传链路，把数据传递到数据收集器，网络中设置一个或若干个无线能量传输装置，把太阳能或风能转化为电磁能使用定向天线传输出去；簇头装备有能量收集装置，能够收集存储能量；所述数据收集器是无线传感网络所感知到的数据最终上报的中心，所有的智能电表的读数都要上报信息中心；能量收集装置是每个簇头节点所配备的装置，可以无线充电的手机装备有电磁耦合感应装置。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络中分层数据回传链路能量收集存储方法，其特征在于，所述方法建立无线传感器网络，按一定的区域划分成簇；每个区域中的节点把数据传递给簇头后，簇头组成数据回传链路，把数据传递到数据收集器，网络中设置一个或若干个无线能量传输装置，把太阳能或风能转化为电磁能使用定向天线传输出去；簇头装备有能量收集装置，能够收集存储能量；所述数据收集器是无线传感网络所感知到的数据最终上报的中心，所有的智能电表的读数都要上报信息中心；能量收集装置是每个簇头节点所配备的装置，可以无线充电的手机装备有电磁耦合感应装置。2.根据权利要求1所述无线传感器网络中分层数据回传链路能量收集存储方法，所述方法考虑一条N个簇头节点组成的数据回传链路，无线充电站发电量为μ0kwh；簇头i存储Si的能量，将会耗费充电站εiSi电量，其中εi是充电的效率常数，由充电站的距离所决定，耗费εiSi电量将引入υiSi代价；则vk表示回传链路中第k个节点通过无线传输存储单位能量所造成的代价；实际状况中，vk和μ0成正比关系，μ0越大则vk会越小；所述方法对网络中参数设置如下：第i个簇头到充电站的距离是hi；该条数据回传链路上数据传输速率记为α为整条回传链路的速率减少的效用常数，速率降低个I单位，导致网络整体效用减小为α×I；第i个簇头到第i+1个簇头节点之间的距离为di，无线信道衰落系数为fi；回传链路使用的带宽记为w。3.根据权利要求1所述无线传感器网络中分层数据回传链路能量收集存储方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)无线传感器网络中，传感器数据需要回传到数据收集节点；设置数据回传速率要求为根据信息理论香农公式可以计算出到每个簇头所需要的发送功率为了简便叙述，引入一替代函数记为式中，n0表示当前通信环境的白噪声功率；(2)由于网络中使用了无线充电装置对数据簇头充电；则簇头i存储Si的能量，将会耗费充电站εiSi电量，其中εi是充电的效率常数，由充电站的距离所决定，耗费εiSi电量将引入υiSi代价；(3)假设数据回传链路第一个簇头簇头在一段时间内，需要回传的数据量为D(bits)；D为一个随机变量，分布函数为累积分布函数F(x)，记由于簇头之间的传输距离不同，在一定的速率传输要求下，簇头i的所需要耗费的能量为焦耳；(4)簇头i以速率传输一单位数据，所耗费的能量可以表达为φ(ω)/fi；簇头i收集能量的效率表示为μi单位能量/单位时间；因此，使用表达传输一单位数据耗费的能量收集时间；另外，定义为簇头节点i的传输效率，含义是一单位能量，可以以速率传输的数据量；(5)定义p0为单位数据无延迟的传输到数据收集点时，网...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾伟，郝玉国，田世明，潘明明，孙旻，范瑞祥，曹蓓，叶远誉，江峰，
申请(专利权)人：国网江西省电力科学研究院，国家电网公司，国网江西省电力公司，中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：江西;36