基于多节点可调功率充电模型的安全充电延迟最小化方法技术

本发明专利技术公开了基于多节点可调功率充电模型的安全充电延迟最小化方法。本发明专利技术方法通过充电效用与输出功率的比例最大化来确定每个停止点的功率分配，贪心选择充电覆盖增益最大的节点作为确定停止点，充电器输出功率更加细化，灵活地进行充电服务；将确定停止点均衡划分成不同的充电簇，同时缩短簇内移动距离，均衡不同充电器的工作负载；通过降低充电完成时间较早位置的输出功率及添加独立停止点的方式消除冲突停止点，避免了等待策略造成的延迟增加。本发明专利技术方法能更均衡的将网络中的充电任务分配给不同的充电器，提高整个网络中的充电效率，通过利用可调功率来更加灵活地服务网络中不同节点密度的区域，有效节约充电器能量消耗，缩短了充电延迟。

Safety charging delay minimization method based on multi node adjustable power charging model

【技术实现步骤摘要】
基于多节点可调功率充电模型的安全充电延迟最小化方法
本专利技术涉及无线传感器网络领域，具体涉及一种基于多节点可调功率充电模型的安全充电延迟最小化方法。
技术介绍
无线传感器节点广泛应用于物联网中，这些节点通常由有限电量的电池供电，如何有效解决传感器的能量约束是该领域的一个关键问题。在可充电传感器网络中，无线能量传输作为一种可控的补充网络能量的方式，最近引起了学者的广泛关注。无线能量传输技术的多节点充电方案中，充电器能够在其充电范围内同时为多个相邻节点充电，这极大地提高了充电效率。然而，无线能量传输会造成高电磁辐射安全性问题，最近的一些文献研究了静态充电器的辐射安全充电问题，如Dai等人在《Radiationconstrainedwirelesschargerplacement》一文提出了一种静态无线充电器放置方案，该方案可确保区域内每个位置的电磁辐射安全。文献《Radiationconstrainedfairchargingforwirelesspowertransfer》中研究了受辐射约束的公平充电问题，文中通过调整无线充电器的功率来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于多节点可调功率充电模型的安全充电延迟最小化方法，采用的无线传感网络为：在一个感兴趣的平面区域中，存在N个相同的移动可调功率无线充电器s

【技术特征摘要】
1.基于多节点可调功率充电模型的安全充电延迟最小化方法，采用的无线传感网络为：在一个感兴趣的平面区域中，存在N个相同的移动可调功率无线充电器sn，n＝1,2,…,N，和M个随机部署的可充电固定传感器节点om，m＝1,2,…,M，并且N＜＜M，网络中心配有固定位置的基站；传感器节点收集来自充电器的无线电力，从而保持正常工作；所有移动可调功率无线充电器最初都位于仓库o0，基站是传感器数据采集的汇聚节点，并负责从仓库分派sn调度充电任务；其特征在于，该方法具体的步骤如下：
步骤(1)通过传感器节点和基站之间的无线通信传输，获取传感器节点的空间位置信息和剩余电量信息，根据空间位置信息构建网络图，根据剩余电量信息汇总请求节点；传感器节点的能量需求是当前节点的剩余电量距离节点电池容量的差值：Eo-Er，Er表示节点当前的剩余能量，Eo表示节点电池容量，将能量需求低于阈值的传感器节点作为请求节点添加进服务队列Vo；
步骤(2)将每个请求节点都作为sn的停止点，计算每个停止点的功率等级分配；
步骤(3)从所有停止点中每次选择具有最大充电覆盖增益的停止点，并更新剩余节点的功率分配，确定最终选出的sn停止点；
步骤(4)计算每个确定停止点处的停留时间；
步骤(5)将选出的sn停止点划分成N个互斥的充电簇；
步骤(6)对每个充电簇求解初始充电路径；
步骤(7)根据初始路径中的充电停止点访问顺序进行冲突停止点判定和消除操作，并规划最终的多MC安全充电路径求出最大充电延迟。


2.如权利要求1所述的基于多节点可调功率充电模型的安全充电延迟最小化方法，其特征在于，步骤(2)具体是：
(2-1)计算每个请求节点处的充电覆盖集合：当sn停靠在请求节点o，o∈O，O＝{o1,o2,...,oM}，并工作在h功率等级下,请求节点o和邻近节点Nh(o)能够被同时充电；Nh(o)指当MC处于功率级别h时位于其当前充电半径D(h)内的节点，表示为：
Nh(o)＝{u|d(u,o)≤D(h),u∈O,u≠o}；其中d(u,o)是请求节点u和o的欧式距离；定义请求节点o处的充电覆盖集合为：{o}表示仅包含请求节点o的集合，∪表示求两个集合的并集；
(2-2)计算每个请求节点处的充电效用，其中请求节点u的充电效用U(u)是指充电覆盖集合中节点的能量接收功率总和：其中，p(d(u,w))表示距离u为d的节点w的接收功率；
(2-3)计算每个请求节点处的功率等级，选择策略是从小到大遍历充电器的功率使得充电效用与功率成本之比最大化，表示为：其中，L表示sn可以开启的最大功率等级，uξ表示编号为ξ的停止点，p(hξ)表示sn在功率等级hξ的输出功率。


3.如权利要求2所述的基于多节点可调功率充电模型的安全充电延迟最小化方法，其特征在于，步骤(3)具体是：
(3-1)计算每个停止点对应的充电覆盖增益其中，ok表示选中的第k个停止点，表示第k个停止位置开启的功率等级，表示MC在功率等级下的输出功率；
(3-2)从请求节点集合Vo中选出具有最大充电覆盖增益的节点作为确定停止点，并将当前停止点处覆盖到的请求节点从Vo中移除，对剩余的请求节点执行(2-1)和(2-2)更新节点的功率等级分配；
(3-3)判断是否成立：若不成立，重复执行(3-1)和(3-2)；若成立，结束步骤(3)。


4.如权利要求3所述的基于多节点可调功率充电模型的安全充电延迟最小化方法，其特征在于，步骤(4)具体是：
(4-1)针对步骤3中选出的停止点集合A，获得其中每个停止点的充电覆盖集合；
(4-2)计算停止点集合A中每个停止点的输出功率pi，pi＝(h-1)pgap+pmin；其中，h∈{1,2,...,L}是sn的功率等级，pgap是两个相邻功率等级的恒定差距，pmin是sn的最小输出功率；
(4-3)对每个充电覆盖集合中的节点计算充电时间，充电覆盖集合中节点w的充电时间其中，p(d′)是节点w的接收功率，其中，α和β是与充电器物理配置相关的参数，d′是充电器发射天线和节点接收天线之间的距离，pi是当前停止点的输出功率，D(h...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉现源，徐向华，王然，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33