一种有向充电器的布置方法技术

本发明专利技术公开了一种高效有向充电器的部署方法，包括以下步骤：1)N个可充电传感器布置在一个二维区域，传感器的位置已知，M个有向无线充电器有待部署。2)将整个二维区域离散化为多个子区域，从而将无线多个充电器候选点将为有限个，二维区域离散化的目标是保证离散化后的各个子区域内的接口功率可以近似为常数值。3)对每个子区域，得到该子区域内充电器能覆盖到的所有可能的传感器集合。4)通过离散化平面区域和对各个子区域进行覆盖支配集抽取后获得所有充电器位置和朝向组合。5)在所有位置和朝向组合中，继续遴选组合布置充电器，从而达到最大化网络整体充电效用。

【技术实现步骤摘要】
一、
本专利技术涉及无线可充电传感网中的一种高效有向充电器的布置方法，在无线传感器网络中，它能够有效地布置充电器的位置及朝向，使传感器网络的整体充电效用最大化。二、
技术介绍
传统的传感器节点通常采用电池供电，有限的电池能量限制了传感器网络整体的寿命。无线能量传输技术能将能量以无线方式从充电器发送至传感器，从而可以彻底解决这一问题。无线可充电传感网中的一个重要问题是无线充电器的布置问题，即如何有效地布置充电器使得传感器网络的整体充电效用最大化。已有的工作主要考虑的是全向充电器的布置问题，且充电器可布置的位置受限，如只能布置在三角形顶点或网格中的格点处，因此具有相当的局限性。本专利技术首次考虑了有向充电器的一般布置问题，即充电器充电区域为扇形，并且充电器可布置在区域内任何位置处，其朝向可任意调节。针对：(1)每个传感器的充电功率与到充电器的距离有比较复杂的数学关系，并且空间中某点处的接收功率为各个充电器在此点充电功率的叠加；(2)由于有向充电器的位置和朝向可以连续变换，理论上可选的解空间为无限大。本专利技术提出了一系列创新方法对该问题进行处理，并在此基础上设计了一种高效的近似算法—CDG(ChargerDeployment-Greedy)算法。三、
技术实现思路
本专利技术的目的是：提出一种无线可充电传感网中的高效有向充电器的布置方法，它能够有效地布置充电器的位置及朝向，使传感器网络的整体充电效用最大化。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种有向充电器布置方法，包括以下步骤：(1)N个可充电传感器布置在一个二维区域，传感器的位置已知，M个有向无线充电器有待部署；(2)将整个二维区域离散化为多个子区域，从而将多个无线充电器候选点降为有限个，二维区域离散化的目标是保证离散化后的各个子区域内的接收功率能够近似为常数值；(3)对每个子区域，得到该子区域内充电器能覆盖到的所有可能的传感器集合。(4)通过离散化平面区域和对各个子区域进行覆盖支配集抽取后获得所有无线充电器位置和朝向组合。(5)在所有位置和朝向组合中，继续遴选组合布置M个有向无线充电器，从而达到最大化网络整体充电效用在给定区域内不受限制地布置M个有向充电器，通过布置方法确定M个充电器的位置和朝向，使得区域内传感器网络的充电效用最大化。本专利技术提出一个近似算法的核心步骤分为三步。首先将平面区域离散化为多个子区域，在子区域内近似认为无线充电器的充电功率为某一常数值；其次通过对各个子区域内部点进行分析，找出覆盖支配集(DominantCoverageSet,DCS)；最后利用问题的子模性，设计一个能达到上述近似比的贪心算法，即充电布置贪心算法CDG(ChargerDeployment-Greedy)。阶段1：平面区域离散化考虑到平面上充电器候选点的个数为无限多个，无法进行有效处理，本专利技术中提出的方法将平面区域离散化为有限个子区域，从而将无限多个候选点降为有限多个，方便后续处理。平面区域离散化的目标是保证离散化后的各个子区域内的接收功率可以近似为常数值，且近似误差不大于给定的常数ε。首先需要对充电模型中的接收功率对距离离散化。具体而言，任意给定某个功率误差常数ε，按同心圆的不同半径L(1),L(2),…,L(K)划分距离，并对接收功率作如下近似Pr(d)=Pr(L(1)),0≤d≤L(1)Pr(L(k)),L(k-1)≤d≤L(k)(k=2,...,K)0,d>D]]>并且Pr(L(K-1))Pr(L(K))≤1+ϵ,Pr(L(k-1))Pr(L(k))=1+ϵ,(k=2,...,K)]]>其中K为充电区域个数；D为无线充电器充电最远距离；在每个子区域，接收功率均被视为常数值；因此即有Pr(d)Pr(d)≤1+ϵ,(d≤D)]]>近似功率将[L(k-1),L(k)]区间内的功率均近似成为了Pr(L(k))(对区间[0,L(1)]，功率近似为Pr(L(1)))；在各个区间内最大近似误差都不会大于ε；在每个子区域，接收功率均被视为常数值；显而易见，按这种方式划分的充电区域个数为以每一个传感器为中心，以L(1),L(2),…,L(K)为半径划分同心圆用L(i)(k)标记传感器i的半径为L(k)的同心圆。这样划分同心圆的依据在于：在每一个相邻同心圆，如L(i)(k-1)和L(i)(k)，构成的圆环内任意一点处，如果某个充电器设置的旋转角度正好覆盖传感器i，则传感器i的接收到的该充电器的功率近似认为是常数Pr(L(k))；阶段2：覆盖支配集抽取通过平面离散化处理后得到有限多个子区域，在各个子区域中，进一步得到所有可能的充电器覆盖的传感器集合；定义3.1：给定充电器覆盖的传感器集合Oi和Oj，如果则称集合Oj支配(dominate)集合Oi；定义3.2：给定某个子区域及其内充电器覆盖的传感器集合Oi，如果在该子区域内不存在任何其它覆盖传感器集合支配Oi，则称集合Oj为覆盖支配集(CoverageDominantSet，CDS)；在给定某个子区域内只需求得所有的覆盖支配集即可；算法1.输入参数为充电器及其所有可能覆盖的传感器集合Oi的位置；输出参数为所有覆盖支配集CDS；步骤1.选定某一参考角度，计算所有传感器相对于充电器的夹角θj(0°≤θ≤360°)；步骤2.将所有传感器按夹角从小到大排序；为方便起见，不妨设排序后夹角为θ1≤θ2≤…≤θp,其对应传感器为o1,o2,…,op；步骤3.令Oc记录当前覆盖集合，θmin，θmax分别记录当前覆盖集合Oc中传感器相对于充电器的最小和最大夹角；初始化令θmin＝θmax＝θ1；Oc＝{o1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有向充电器布置方法，其特征是包括以下步骤：(1)N个可充电传感器布置在一个二维区域，传感器的位置已知，M个有向无线充电器有待部署；(2)将整个二维区域离散化为多个子区域，从而将多个无线充电器候选点降为有限个，二维区域离散化的目标是保证离散化后的各个子区域内的接收功率能够近似为常数值；(3)对每个子区域，得到该子区域内充电器能覆盖到的所有可能的传感器集合；(4)通过离散化平面区域和对各个子区域进行覆盖支配集抽取后获得所有无线充电器位置和朝向组合；(5)在所有位置和朝向组合中，继续遴选组合布置M个有向无线充电器，从而达到最大化网络整体充电效用。

【技术特征摘要】
1.一种有向充电器布置方法，其特征是包括以下步骤：(1)N个可充电传感器布置在一个二维区域，传感器的位置已知，M个有向无线充电器有待部署；(2)将整个二维区域离散化为多个子区域，从而将多个无线充电器候选点降为有限个，二维区域离散化的目标是保证离散化后的各个子区域内的接收功率能够近似为常数值；(3)对每个子区域，得到该子区域内充电器能覆盖到的所有可能的传感器集合；(4)通过离散化平面区域和对各个子区域进行覆盖支配集抽取后获得所有无线充电器位置和朝向组合；(5)在所有位置和朝向组合中，继续遴选组合布置M个有向无线充电器，从而达到最大化网络整体充电效用。2.根据权利要求1所述的有向充电器布置方法，其特征是首先将平面区域离散化为多个子区域，在子区域内近似认为无线充电器的充电功率为某一常数值；其次通过对各个子区域内部点进行分析，找出覆盖支配集(DominantCoverageSet,DCS)；最后利用问题的子模性，提出能达到上述近似比的贪心算法；具体步骤：阶段1：平面区域离散化任意给定某个功率误差常数ε，按同心圆的不同半径L(1),L(2),…,L(K)划分距离，并对接收功率作如下近似Pr(d)=Pr(L(1)),0≤d≤L(1)Pr(L(k)),L(k-1)≤d≤L(k)(k=2,...,K)0,d>L(K)]]>并且Pr(L(K-1))Pr(L(K))≤1+ϵ,Pr(L(k-1))Pr(L(k))=1+ϵ(k=2,...,K)]]>其中K为充电区域个数；D为无线充电器充电最远距离；在每个子区域，接收功率均被视为常数值；因此即有Pr(d)Pr(d)≤1+ϵ(d≤D)]]>近似功率将[L(k-1),L(...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴海鹏，陈贵海，刘斌，李兰兰，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32