基于无线可充电传感器网络充电路线规划的相关研究

苏盈文，刘佳园

（1 兰州理工大学理学院 甘肃 兰州 730050）

（2 兰州理工大学机电工程学院 甘肃 兰州 730050）

1 引言

随着互联网的快速发展，无线传感器网络WSN 在生活中的应用也越来越广泛。无线传感器网络中包括若干传感器以及一个数据中心。传感器从环境中收集信息后每隔一段时间将收集到的信息发送到数据中心。数据中心对数据进行分析并回传控制信息，影响生命周期最重要的一个因素是能量。提供能量的方式之一是电池供电，利用移动充电器定期为传感器的电池补充能量，这种方式供电的网络也被称为无线可充电传感器网络。

2 问题分析

移动充电器MC 从数据中心DC 为起点出发，通过所有给定的传感器位置点之后，最后再回到原点的最小路径。问题的求解有多种方式，我们在这里采用模拟退火算法来求解此问题。给出29个传感器以及1个数据中心的经纬度，利用地球半径以及经纬度对距离影响的计算可以得出各个点之间的距离，从而可以求得这些点的距离矩阵，通过使用模拟退火法对距离矩阵进行求解，得到最佳路线规划方案。若将每一个传感器的电池容量都视作一个目标，则此问题属于多目标优化问题，在此题中，若要求得每一个满足题设条件传感器的电池容量最小值，可以等价为求传感器总电池容量的最小值，这样就将多目标问题转化为了单目标问题，根据题意，我们可以合理假设移动充电器的巡逻速率和频率，从而得到约束条件：在移动充电器巡逻一个周期（即绕所有点走一圈）内，利用这一条件，我们可以建立不等式约束，从而进一步将问题转化为线性规划问题，利用线性规划的求解方式解得每一传感器满足题设条件的电池容量最小值[1]。

3 模型的建立与求解

首先对已知的29 个传感器以及1 个数据中心的经纬度转化为坐标图上的相应的坐标。本文以数据中心为坐标原点，经度为横坐标，纬度为纵坐标，对其进行模型求解。对29 个传感器以及数据中心的横坐标求解（即对纬度求解）：

在同一纬度时，经向一度的弧长：

图1 移动充电器MC 行驶路线

4 结语

为了保证无线传感网络的不断运转，就必须持续为WSN 提供能量。保证为无线传感器网络WSN 充分提供能量，可以使用电池供电，并利用移动充电器定期为传感器的电池补充能量，从而源源不断地为WSN 提供稳定的能量使其正常运转。本文通过建立数学模型，对如何消耗最少的能量以及传感器电池最小容量的问题，给出最优的方案。我们可以建立不等式约束，从而进一步将问题转化为线性规划问题，利用线性规划的求解方式解得每一传感器满足题设条件的电池容量最小值[2]。