本發(fā)明屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聯(lián)合路由優(yōu)化的能量補(bǔ)充裝置及其能量補(bǔ)充方法。

背景技術(shù)：

物聯(lián)網(wǎng)具有非常廣闊的應(yīng)用前景，目前在軍事偵察、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、環(huán)境監(jiān)測、交通管理等多個(gè)領(lǐng)域都廣泛使用，是目前受到關(guān)注的研究熱點(diǎn)。在戶外及一些復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境中，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)一般通過飛機(jī)播撒、炮彈彈射或人工埋置的方式部署到監(jiān)測區(qū)域中，節(jié)點(diǎn)部署結(jié)束后通過自組織多跳方式的構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。由于節(jié)點(diǎn)的能量有限性，當(dāng)一些節(jié)點(diǎn)耗盡能量，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)碎片化并且一些傳感區(qū)域的數(shù)據(jù)就不再提取上傳。如何盡可能延長網(wǎng)絡(luò)的工作時(shí)間成為物聯(lián)網(wǎng)研究的關(guān)鍵性問題。

近年來，人們對(duì)延長物聯(lián)網(wǎng)的壽命進(jìn)行了廣泛的研究。常規(guī)的研究一般集中在節(jié)能技術(shù)的研究，分別從物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)兩方面來減少物聯(lián)網(wǎng)中的能耗，如設(shè)計(jì)低功耗的硬件體系結(jié)構(gòu)，低復(fù)雜度的軟件實(shí)現(xiàn)，能量有效的無線通信，動(dòng)態(tài)路由技術(shù)和移動(dòng)的數(shù)據(jù)采集等。雖然這些解決方案能夠有效地延長網(wǎng)絡(luò)壽命，網(wǎng)絡(luò)壽命仍取決于有限的電池能量。另一類解決方案是利用能量補(bǔ)充方法來緩解物聯(lián)網(wǎng)的能源使用限制。近年來在無線能量傳輸方面的進(jìn)展，使電能的高效轉(zhuǎn)移成為可能。無線能量傳輸已被用來給小型電器充電，最新的進(jìn)展也展示了中等長度范圍無輻射能量傳輸?shù)膽?yīng)用前景。使具有磁性的感應(yīng)線圈工作在相同的頻率，那么他們會(huì)通過非輻射性的磁感應(yīng)耦合產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振耦合，在共振耦合下，將能量高效率地從源線圈傳送到接收線圈，同時(shí)損失到外界的能量也很小。與電磁輻射方法相比，磁共振耦合能夠在全向和非視距情況下提供更高的能量傳送效率，而且受周圍環(huán)境影響較小。目前，市場上已經(jīng)有使用中等長度范圍無線能量傳輸?shù)纳虡I(yè)產(chǎn)品。無線能量傳輸技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)為物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的能量補(bǔ)充方面提供了一種新可行方法，正引起廣泛的關(guān)注。

雖然已有一些研究工作開始研究物聯(lián)網(wǎng)的能量補(bǔ)充機(jī)制，然而，當(dāng)前的能量補(bǔ)充方法均缺乏對(duì)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制的考慮，并且現(xiàn)有技術(shù)中存在能量補(bǔ)充效率低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

針對(duì)現(xiàn)有存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種聯(lián)合路由優(yōu)化的能量補(bǔ)充裝置，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中物聯(lián)網(wǎng)能量補(bǔ)充方式存在的補(bǔ)充效率低的問題。

本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提出一種聯(lián)合路徑優(yōu)化的能量補(bǔ)充方法。

(二)技術(shù)方案

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

一種聯(lián)合路由優(yōu)化的能量補(bǔ)充裝置，其包括：

鏈路狀態(tài)獲取器：用于獲取節(jié)點(diǎn)之間鏈路的信息；

節(jié)點(diǎn)位置獲取器：用于獲取物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的位置信息；

路徑編碼器：基于獲取的鏈路狀態(tài)信息與節(jié)點(diǎn)位置，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)間的通信路徑以樹的方式進(jìn)行遺傳編碼；

遺傳路徑進(jìn)化器：以遺傳算法的方式對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的通信路徑進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建最優(yōu)路由樹；

充電方式輸出器：用于輸出物聯(lián)網(wǎng)中充電裝置的充電行走路徑；

最優(yōu)路徑輸出器：用于輸出該物聯(lián)網(wǎng)的最優(yōu)數(shù)據(jù)路由路徑。

作為上述聯(lián)合路由優(yōu)化的能量補(bǔ)充裝置的一種優(yōu)選方案，所述該遺傳路徑進(jìn)化器包括：

以選擇、交叉、編譯及替換方式組成的遺傳運(yùn)算器；

以停留點(diǎn)選擇器、停留點(diǎn)優(yōu)化器及適應(yīng)值評(píng)估器組成的個(gè)體評(píng)估器。

一種聯(lián)合路徑優(yōu)化的能量補(bǔ)充方法，其包括以下步驟：

步驟1:收集節(jié)點(diǎn)位置信息；

步驟2：收集鏈路狀態(tài)信息；

步驟3：基于節(jié)點(diǎn)位置與鏈路狀態(tài)，重復(fù)使用路由樹構(gòu)造算法構(gòu)造n個(gè)個(gè)體作為遺傳算法的初始種群；

步驟4：使用遺傳算法構(gòu)造最優(yōu)路由樹；

步驟5：對(duì)最優(yōu)路由樹對(duì)應(yīng)的個(gè)體進(jìn)行適應(yīng)值評(píng)價(jià)，得到最優(yōu)充電路徑。

作為上述聯(lián)合路徑優(yōu)化的能量補(bǔ)充方法的一種優(yōu)選方案，種群每個(gè)個(gè)體初始化方法為：

步驟3-1:將sink節(jié)點(diǎn)在路由樹中標(biāo)志置為1，其余節(jié)點(diǎn)標(biāo)志置為0；

步驟3-2:對(duì)任一節(jié)點(diǎn)i，使v＝i，其中，i∈n；

步驟3-3：判斷鄰居集合，其具體的包括以下步驟

步驟a：若vj的鄰居集合不為空，在鄰居集合中隨機(jī)選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)記作vj-1，同時(shí)將vj-1從鄰居集合中除去；

步驟b；若鄰居集合為空且v≠i，則令vj＝vj+1，重新執(zhí)行步驟3；

步驟c：若鄰居集合為空且vj＝i，表示在當(dāng)前拓?fù)湎聸]有可行路徑，算法結(jié)束；

步驟3-4：若節(jié)點(diǎn)在路由樹中的標(biāo)志不為1，則置節(jié)點(diǎn)標(biāo)志為1，記錄路徑vj-1→vj，否則，轉(zhuǎn)步驟3-3；

步驟3-5：若節(jié)點(diǎn)的在路由樹中的標(biāo)志為1，表示找到了sink節(jié)點(diǎn)到感知節(jié)點(diǎn)的路徑，轉(zhuǎn)步驟3-6；否則，置節(jié)點(diǎn)的在路由樹中標(biāo)志為1，令vj＝vj-1，轉(zhuǎn)到步驟3-3；

步驟3-6：記錄從sink節(jié)點(diǎn)到感知節(jié)點(diǎn)i的路徑；

步驟3-7：將n個(gè)sink節(jié)點(diǎn)到感知節(jié)點(diǎn)的路徑構(gòu)造成為一個(gè)染色體編碼。

作為上述聯(lián)合路徑優(yōu)化的能量補(bǔ)充方法的一種優(yōu)選方案，在步驟4中，最優(yōu)路由樹的構(gòu)造方法包括：

步驟4-1：選擇操作，算法通過二元錦標(biāo)賽算法選出原始種群的一半作為父代種群；

步驟4-2：交叉操作，從選出的父代中隨機(jī)選擇兩個(gè)個(gè)體，在這兩個(gè)個(gè)體中隨機(jī)選擇一對(duì)等位基因，對(duì)等位基因做交叉操作，得到兩個(gè)新的子代個(gè)體，如果產(chǎn)生的新的個(gè)體不滿足物聯(lián)網(wǎng)路由樹條件，那么需要對(duì)這個(gè)子代個(gè)體進(jìn)行調(diào)整，使結(jié)果滿足路由樹條件；

步驟4-3:變異操作，從選出的父代種群中隨機(jī)選擇一個(gè)個(gè)體，隨機(jī)選擇一個(gè)等位基因使用單點(diǎn)變異產(chǎn)生新的子代個(gè)體，本算法中選擇隨機(jī)一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行局部組播樹調(diào)節(jié)，如果變異后的個(gè)體不是路由樹，那么調(diào)整使之成為路由樹；

步驟4-5：經(jīng)過交叉、變異操作之后產(chǎn)生的子代與原種群合并，對(duì)合并種群中的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行適應(yīng)值評(píng)估，選出最優(yōu)的n個(gè)染色體構(gòu)成新的種群；

步驟4-6：判斷是否滿足終止條件，如果不是，則返回步驟4-1；否則，在最優(yōu)種群中找出最優(yōu)個(gè)體。

作為上述聯(lián)合路徑優(yōu)化的能量補(bǔ)充方法的一種優(yōu)選方案，所述個(gè)體適應(yīng)值的評(píng)價(jià)方法包括，基于給定的路由樹，尋找物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控區(qū)域中的充電駐留點(diǎn)，并以連接所有充電駐留點(diǎn)與服務(wù)站點(diǎn)長度的最短哈密爾頓回路作為個(gè)體的適應(yīng)值，

作為上述聯(lián)合路徑優(yōu)化的能量補(bǔ)充方法的一種優(yōu)選方案，在步驟5中，具體的包括以下步驟：

步驟5-1：駐留點(diǎn)選擇，用于選擇監(jiān)控區(qū)域中的充電位置點(diǎn)；

步驟5-2：最優(yōu)哈爾米頓回路計(jì)算，其包括利用蟻群算法得到連接服務(wù)站點(diǎn)和所有充電停留點(diǎn)的最短路徑，將該路徑作為wcv(wirelesschargingvehicle，無線充電車)的移動(dòng)路徑；

步驟5-3：根據(jù)哈密爾頓回路長度及路由樹結(jié)構(gòu)，返回當(dāng)前的休息時(shí)間比，并以休息時(shí)間比作為個(gè)體的適應(yīng)值。

作為上述聯(lián)合路徑優(yōu)化的能量補(bǔ)充方法的一種優(yōu)選方案，在駐留點(diǎn)選擇中，包括以下步驟：

步驟5-1-1：獲取網(wǎng)絡(luò)的初始化信息，包括獲取傳感器節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)(x,y)，服務(wù)站點(diǎn)s位置(x0,y0)，充電半徑rch，不在任何一個(gè)停留點(diǎn)充電范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)集合set＝n,在某個(gè)停留點(diǎn)充電范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)集合停留點(diǎn)坐標(biāo)集合

步驟5-1-2：尋找距離服務(wù)站點(diǎn)s最近的傳感器節(jié)點(diǎn)i的坐標(biāo)(xi,yi)作為第一個(gè)停留點(diǎn)的候選位置，找到距離節(jié)點(diǎn)i小于2·rch的傳感器節(jié)點(diǎn)集合u；

步驟5-1-3：如果

選擇u中距離節(jié)點(diǎn)i最遠(yuǎn)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)j，取節(jié)點(diǎn)j和節(jié)點(diǎn)i連線的中點(diǎn)m(xm,ym)作為wcv的第一個(gè)停留位置，將位于m(xm,ym)的rch內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)從set中刪除，添加到集合c中，p＝p∪(xm,ym)，

否則，

連接s與節(jié)點(diǎn)i，選擇距離節(jié)點(diǎn)i為rch的點(diǎn)(xs,ys)作為停留點(diǎn)，set＝set-i，c＝c∪i，p＝p∪(xs,ys)；

步驟5-1-4：選擇set中距離上一個(gè)停留點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)k作為下一個(gè)停留點(diǎn)的候選位置，尋找距離候選節(jié)點(diǎn)k小于2·rch的所有節(jié)點(diǎn)集合q；

步驟5-1-5：如果

尋找q中距離節(jié)點(diǎn)k最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)w，連接節(jié)點(diǎn)k和節(jié)點(diǎn)w，取連線的中點(diǎn)m(xm,ym)作為下一個(gè)wcv停留點(diǎn)，將停留點(diǎn)(xm,ym)附近rch范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)從set中刪除，添加到集合c中，p＝p∪(xm,ym),

否則，

該候選節(jié)點(diǎn)k為一個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，連接上一個(gè)停留點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)k，選擇距離節(jié)點(diǎn)k為rch的位置(xpos，ypos)作為wcv的下一個(gè)停留點(diǎn)，set＝set-k，c＝c∪k，p＝p∪(xpos，ypos)；

步驟5-1-6：重復(fù)步驟5-1-4，步驟5-1-5，直到c＝n。

作為上述聯(lián)合路徑優(yōu)化的能量補(bǔ)充方法的一種優(yōu)選方案，在步驟5-1-5中，獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的定義為：某個(gè)節(jié)點(diǎn)i，除了該節(jié)點(diǎn)以外，以該節(jié)點(diǎn)為中心在2·rch范圍內(nèi)沒有其他的節(jié)點(diǎn)存在，那么就將節(jié)點(diǎn)i叫做一個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)。

作為上述聯(lián)合路徑優(yōu)化的能量補(bǔ)充方法的一種優(yōu)選方案，根據(jù)哈密爾頓回路長度及路由樹結(jié)構(gòu)，返回當(dāng)前的休息時(shí)間比，并以休息時(shí)間比作為個(gè)體的適應(yīng)值，具體計(jì)算方法為：

步驟5-3-1：對(duì)任意停留點(diǎn)i，計(jì)算器充電停留時(shí)間ti，具體計(jì)算方式為選擇停留點(diǎn)i覆蓋集中能耗最大的節(jié)點(diǎn)j，其能量消耗速率為pj，則停留時(shí)間

其中γ為充電周期，u為充電速率；

步驟5-3-2：計(jì)算整個(gè)充電時(shí)間和te＝σi∈mti，其中m為充電停留點(diǎn)的集合；

步驟5-3-3：計(jì)算行走時(shí)間

其中l(wèi)為哈密爾頓回路的長度，v為行走的速度；

setp5-3-4：計(jì)算休息時(shí)時(shí)間比為

(三)有益效果

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的聯(lián)合路由優(yōu)化的能量補(bǔ)充裝置和方法，通過聯(lián)合路徑的方式得到最優(yōu)的充電路徑，能充分考慮物聯(lián)網(wǎng)多對(duì)一通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有更高的能量補(bǔ)充效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式提供的聯(lián)合路由優(yōu)化的能量補(bǔ)充裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式提供的組播樹及構(gòu)造出的染色體編碼對(duì)應(yīng)關(guān)系圖；

圖3為本發(fā)明具體實(shí)施方式提供的路由樹交叉操作示意圖；

圖4為本發(fā)明具體實(shí)施方式提供的路由樹變異操作示意圖；

圖5為本發(fā)明具體實(shí)施方式提供的停留點(diǎn)選擇過程示意圖；

圖6為本發(fā)明具體實(shí)施方式提供的休息時(shí)間比與節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)曲線。

具體實(shí)施方式

為了更好的解釋本發(fā)明，以便于理解，下面結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。

如圖1所示，本實(shí)施方式提供了一種聯(lián)合路由優(yōu)化的能量補(bǔ)充裝置，其包括：

鏈路狀態(tài)獲取器：用于獲取節(jié)點(diǎn)之間鏈路的信息；

節(jié)點(diǎn)位置獲取器：用于獲取物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的位置信息；

路徑編碼器：基于獲取的鏈路狀態(tài)信息與節(jié)點(diǎn)位置，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)間的通信路徑以樹的方式進(jìn)行遺傳編碼；

遺傳路徑進(jìn)化器：以遺傳算法的方式對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的通信路徑進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建最優(yōu)路由樹；

充電方式輸出器：用于輸出物聯(lián)網(wǎng)中充電裝置的充電行走路徑；

最優(yōu)路徑輸出器：用于輸出該物聯(lián)網(wǎng)的最優(yōu)數(shù)據(jù)路由路徑。

上述遺傳路徑進(jìn)化器包括：以選擇、交叉、編譯及替換方式組成的遺傳運(yùn)算器和以停留點(diǎn)選擇器、停留點(diǎn)優(yōu)化器及適應(yīng)值評(píng)估器組成的個(gè)體評(píng)估器。

為了對(duì)上述聯(lián)合路由優(yōu)化的能量補(bǔ)充裝置進(jìn)行進(jìn)一步的說明，本實(shí)施方式還提供了一種聯(lián)合路徑優(yōu)化的能量補(bǔ)充方法，其包括以下步驟：

步驟1:收集節(jié)點(diǎn)位置信息；

步驟2：收集鏈路狀態(tài)信息；

步驟3：基于節(jié)點(diǎn)位置與鏈路狀態(tài)，重復(fù)使用路由樹構(gòu)造算法構(gòu)造n個(gè)個(gè)體作為遺傳算法的初始種群；

步驟4：使用遺傳算法構(gòu)造最優(yōu)路由樹，其中，最優(yōu)路由樹的構(gòu)造方法，對(duì)通過遺傳算法得到的最優(yōu)種群中的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行適應(yīng)值的評(píng)估，得到最優(yōu)個(gè)體，適應(yīng)值的評(píng)估參照步驟5；

步驟5：對(duì)個(gè)體進(jìn)行適應(yīng)值評(píng)價(jià)，其基于給定的路由樹，尋找物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控區(qū)域中的充電駐留點(diǎn)，并以連接所有充電駐留點(diǎn)與服務(wù)站點(diǎn)長度的最短哈密爾頓回路作為個(gè)體的適應(yīng)值，得到最優(yōu)充電路徑。

在步驟3中，種群每個(gè)個(gè)體初始化方法為：

步驟3-1:將sink節(jié)點(diǎn)在路由樹中標(biāo)志置為1，其余節(jié)點(diǎn)標(biāo)志置為0；

步驟3-2:對(duì)任一節(jié)點(diǎn)i，使v＝i，其中，i∈n，；

步驟3-3：判斷鄰居集合：

a)若vj的鄰居集合不為空，在鄰居集合中隨機(jī)選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)記作vj-1，同時(shí)將vj-1從鄰居集合中除去；

b)若鄰居集合為空且v≠i，則令vj＝vj+1，重新執(zhí)行3)；

c)若鄰居集合為空且vj＝i，表示在當(dāng)前拓?fù)湎聸]有可行路徑，算法結(jié)束；

步驟3-4：若節(jié)點(diǎn)在路由樹中的標(biāo)志不為1，則置節(jié)點(diǎn)標(biāo)志為1，記錄路徑vj-1→vj，否則，轉(zhuǎn)步驟3-3；

步驟3-5：若節(jié)點(diǎn)的在路由樹中的標(biāo)志為1，表示找到了sink節(jié)點(diǎn)到感知節(jié)點(diǎn)的路徑，轉(zhuǎn)步驟3-6；否則，置節(jié)點(diǎn)的在路由樹中標(biāo)志為1，令vj＝vj-1，轉(zhuǎn)到步驟3-3；

步驟3-6：記錄從sink節(jié)點(diǎn)到感知節(jié)點(diǎn)i的路徑；

步驟3-7：將n個(gè)sink節(jié)點(diǎn)到感知節(jié)點(diǎn)的路徑構(gòu)造成為一個(gè)染色體編碼。具體的，可以參照?qǐng)D2中顯示的組播書和染色體編碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

在步驟4中，最優(yōu)路由樹的構(gòu)造方法包括：

步驟4-1：選擇操作，算法通過二元錦標(biāo)賽算法選出原始種群的一半作為父代種群；

步驟4-2：交叉操作，從選出的父代中隨機(jī)選擇兩個(gè)個(gè)體，在這兩個(gè)個(gè)體中隨機(jī)選擇一對(duì)等位基因，對(duì)等位基因做交叉操作，得到兩個(gè)新的子代個(gè)體，如果產(chǎn)生的新的個(gè)體不滿足物聯(lián)網(wǎng)路由樹條件，那么需要對(duì)這個(gè)子代個(gè)體進(jìn)行調(diào)整，使結(jié)果滿足路由樹條件；

參照?qǐng)D3，其顯示了路由樹交叉操作的具體過程，其中1號(hào)節(jié)點(diǎn)為sink節(jié)點(diǎn)，第一棵路由樹的兩條路由分別是(6→4→3→2→1)和(5→3→2→1)，第二棵路由樹的兩條路由分別是(4→3→2→1)和(8→7→5→2→1)，進(jìn)行交叉操作之后生成的第一棵路由樹的兩條路由分別是(8→7→5→2→1)和(6→4→3→2→1)，第二棵路由樹的兩條路由分別是(5→3→2→1)和(4→3→2→1)。

步驟4-3:變異操作，從選出的父代種群中隨機(jī)選擇一個(gè)個(gè)體，隨機(jī)選擇一個(gè)等位基因使用單點(diǎn)變異產(chǎn)生新的子代個(gè)體，本算法中選擇隨機(jī)一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行局部組播樹調(diào)節(jié)，如果變異后的個(gè)體不是路由樹，那么調(diào)整使之成為路由樹。

如圖4所示，變異操作之前的兩條路由分別是(6→4→3→2→1)和(5→3→2→1)，變異操作之后，兩條路由分別是(6→4→3→2→1)和

(5→2→1)。

步驟4-5：經(jīng)過交叉、變異操作之后產(chǎn)生的子代與原種群合并，對(duì)合并種群中的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行適應(yīng)值評(píng)估，選出最優(yōu)的n個(gè)染色體構(gòu)成新的種群；

setp4-6：判斷是否滿足終止條件，如果不是，則返回步驟4-1；否則，在最優(yōu)種群中找出最優(yōu)個(gè)體。

在步驟5中，具體的包括以下步驟：

步驟5-1：駐留點(diǎn)選擇，用于選擇監(jiān)控區(qū)域中的充電位置點(diǎn)；

步驟5-2：最優(yōu)哈爾米頓回路計(jì)算，其包括利用用蟻群算法得到連接服務(wù)站點(diǎn)和所有充電停留點(diǎn)的最短路徑，將該路徑作為wcv(wirelesschargingvehicle，無線充電車)的移動(dòng)路徑；

步驟5-3：根據(jù)哈密爾頓回路長度及路由樹結(jié)構(gòu)，返回當(dāng)前的休息時(shí)間比，并以休息時(shí)間比作為個(gè)體的適應(yīng)值。

在駐留點(diǎn)選擇中，包括以下步驟：

步驟5-1-1：獲取網(wǎng)絡(luò)的初始化信息，包括獲取傳感器節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)(x,y)，服務(wù)站點(diǎn)s位置(x0,y0)，充電半徑rch，不在任何一個(gè)停留點(diǎn)充電范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)集合set＝n,在某個(gè)停留點(diǎn)充電范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)集合停留點(diǎn)坐標(biāo)集合

步驟5-1-2：尋找距離服務(wù)站點(diǎn)s最近的傳感器節(jié)點(diǎn)i的坐標(biāo)(xi,yi)作為第一個(gè)停留點(diǎn)的候選位置，找到距離節(jié)點(diǎn)i小于2·rch的傳感器節(jié)點(diǎn)集合u；

步驟5-1-3：如果

選擇u中距離節(jié)點(diǎn)i最遠(yuǎn)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)j，取節(jié)點(diǎn)j和節(jié)點(diǎn)i連線的中點(diǎn)m(xm,ym)作為wcv的第一個(gè)停留位置，將位于m(xm,ym)的rch內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)從set中刪除，添加到集合c中，p＝pu(xm,ym)，

否則，

連接s與節(jié)點(diǎn)i，選擇距離節(jié)點(diǎn)i為rch的點(diǎn)(xs,ys)作為停留點(diǎn)，set＝set-i，c＝c∪i，p＝p∪(xs,ys)；

步驟5-1-4：選擇set中距離上一個(gè)停留點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)k作為下一個(gè)停留點(diǎn)的候選位置，尋找距離候選節(jié)點(diǎn)k小于2·rch的所有節(jié)點(diǎn)集合q；

步驟5-1-5：如果

尋找q中距離節(jié)點(diǎn)k最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)w，連接節(jié)點(diǎn)k和節(jié)點(diǎn)w，取連線的中點(diǎn)m(xm,ym)作為下一個(gè)wcv停留點(diǎn)，將停留點(diǎn)(xm,ym)附近rch范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)從set中刪除，添加到集合c中，p＝p∪(xm,ym),

否則，

該候選節(jié)點(diǎn)k為一個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，連接上一個(gè)停留點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)k，選擇距離節(jié)點(diǎn)k為rch的位置(xpos，ypos)作為wcv的下一個(gè)停留點(diǎn)，set＝set-k，c＝c∪k，p＝p∪(xpos，ypos)；

步驟5-1-6：重復(fù)步驟5-1-4，步驟5-1-5，直到c＝n。

在步驟5-1-5中，獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的定義為：某個(gè)節(jié)點(diǎn)i，除了該節(jié)點(diǎn)以外，以該節(jié)點(diǎn)為中心，2·rch范圍內(nèi)沒有其他的節(jié)點(diǎn)存在，那么就將節(jié)點(diǎn)i叫做一個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)。

圖5顯示了基于上述步驟完成充電停留點(diǎn)的選擇過程。wcv從服務(wù)站點(diǎn)s出發(fā)，逐步獲得停留點(diǎn)位置，將全部傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋。如圖5(a)所示，首先選擇傳感器節(jié)點(diǎn)n1作為候選停留點(diǎn)，尋找距離n1小于2·rch的鄰居節(jié)點(diǎn)，在圖中滿足條件的有節(jié)點(diǎn)n1，將n1和n2的中點(diǎn)作為最終的wcv停留點(diǎn)p1，將n1、n2從未被充電的節(jié)點(diǎn)集合中刪除。繼續(xù)尋找距離p1最近的節(jié)點(diǎn)，如圖5(b)所示，找到節(jié)點(diǎn)n3，將n3作為候選停留點(diǎn)。同樣的，尋找距離n3小于2·rch的鄰居節(jié)點(diǎn)，在圖中滿足條件的所有節(jié)點(diǎn)n4、n5，其中n5距離候選停留點(diǎn)n3最遠(yuǎn)，將n3和n5的中點(diǎn)作為wcv的第二個(gè)停留點(diǎn)p2，將p2附近的在充電范圍rch內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)從未被充電的傳感器節(jié)點(diǎn)集合中刪除，n3、n4、n5滿足條件，刪除n3、n4、n5。繼續(xù)尋找距離p2最近的節(jié)點(diǎn)，如圖5(c)所示，找到節(jié)點(diǎn)n6，將n6作為候選停留點(diǎn)，尋找距離n6的小于2·rch的鄰居節(jié)點(diǎn)，在圖中沒有滿足條件的節(jié)點(diǎn)，因此節(jié)點(diǎn)n6是獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，對(duì)于獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，連接p2和n6，取連線上距離n6為rch的點(diǎn)作為第三個(gè)停留點(diǎn)位置p3，節(jié)點(diǎn)n6被覆蓋。至此，網(wǎng)絡(luò)中所有的傳感器節(jié)點(diǎn)都可以通過無線充電方式得到能量補(bǔ)充。

根據(jù)哈密爾頓回路長度及路由樹結(jié)構(gòu)，返回當(dāng)前的休息時(shí)間比，并以休息時(shí)間比作為個(gè)體的適應(yīng)值，具體計(jì)算方法為：

步驟5-3-1：對(duì)任意停留點(diǎn)i，計(jì)算器充電停留時(shí)間ti，具體計(jì)算方式為選擇停留點(diǎn)i覆蓋集中能耗最大的節(jié)點(diǎn)j，其能量消耗速率為pj，則停留時(shí)間

其中γ為充電周期，u為充電速率；

步驟5-3-2：計(jì)算整個(gè)充電時(shí)間和te＝σi∈mti，其中m為充電停留點(diǎn)的集合；

步驟5-3-3：計(jì)算行走時(shí)間

其中，l為哈密爾頓回路的長度，v為行走的速度；

setp5-3-4：計(jì)算休息時(shí)時(shí)間比為

在本實(shí)施方式中，還通過具體的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本方案的效果，具體的為：采用在500m×500m的網(wǎng)絡(luò)中，隨機(jī)分布若干個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，sink節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)固定為(250,250)，服務(wù)站點(diǎn)固定于(0,0)坐標(biāo)，傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布于網(wǎng)絡(luò)中，感知數(shù)據(jù)產(chǎn)生率的數(shù)值固定為6kb/s。并通過聯(lián)合路徑規(guī)劃的能量補(bǔ)充算法、具有最短路徑的停留點(diǎn)選擇算法和六邊形劃分充電算法得出不同的充電方案，并制成各個(gè)充電方案的休息時(shí)間比與節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的曲線，具體的參照?qǐng)D6，通過圖6中顯示的內(nèi)容可以得出本實(shí)施方式提供的充電效果均優(yōu)于其他兩種方案。

以上結(jié)合具體實(shí)施例描述了本發(fā)明的技術(shù)原理，這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，不能以任何方式解釋為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制?；诖颂幗忉專绢I(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它具體實(shí)施方式，這些方式都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。