一种应用于共享无线可充电网络的自适应充电调度方法技术

本发明专利技术提供了一种应用于共享无线可充电网络的自适应充电调度方法，针对原有充电技术无法解决由于网络拓扑的变化，节点能耗突然因网络不确定性而动态网络能量消耗场景场景、用户峰值访问和节点故障造成的能耗率问题，提出了自适应的充电调度方案，极大提高了无线充电网络的效率，同时也提高了无线充电网络对于实际应用环境的适应性。本发明专利技术针对原有收集树协议存在的树构造时间较长、时延长，适应性差等问题，提出了快速数据共享同时为节点提供了一种被动和主动的数据发送机制，补充了传统数据聚合协议的局限性，在减少数据预期延时和能量消耗的同时，显著提高了移动充电车辆整体节点数据的获取概率。数据的获取概率。数据的获取概率。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于共享无线可充电网络的自适应充电调度方法


[0001]本专利技术涉及物联网(IOT)
，特别地涉及一种应用于共享无线可充电网络的自适应充电调度方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着嵌入式技术、传感器技术、无线通信等技术的长足发展，以及通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术的发展和完善，物联网逐渐从概念走向现实，成为科研界和工业界研究的热点。
[0003]低功耗共享无线网络作为物联网的重要组成部分，在环境监测、精度检测、智能农业等各种场景中得到了广泛的应用。考虑到大多数低功率节点都是由电池供电的，有限的能源容量是实现大规模低功率无线网络和长期部署的最关键障碍之一。而被公认为是一种很有前途的解决方案的无线充电技术(WPT)虽然可以为可充电节点提供连续、可靠的能量。但是，但是由于充电持续时间很长，在此期间，很可能由于网络的不确定性导致节点的能量发生大的改变，传统静态的充电调度无法应对这一种改变，可能会导致充电不高效甚至节点挂掉，极大地影响了其在实践中的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决原有的共享无线网络充电调度技术由于网络拓扑变化和节点故障等不可预测的事件充电方案效率低下的问题。通过数据共享来提升充电调度的路径可以解决这个问题，但是现有的数据共享的工作中分为两种：1、通过小车发送给节点位置信息，节点收到信息被动向小车共享数据；2、节点通过预判小车位置，主动向小车发送数据。前者会由于小车发送数据延迟导致信息共享速度太慢，后者会由于预测模型不准而导致节点数据共享目的点的精度较差。我们提供了一种无线充电网络中同时融合了被动发送机制和主动发送机制优点快速数据共享的动态充电机制，来实现实时节点数据的采集和充电路径的更新。
[0005]本专利技术的一种应用于共享无线可充电网络的自适应充电调度方法，所有网络节点的能量数据通过快速数据共享机制(包含被动和主动数据发送机制)不断聚集充电小车上，基于移动充电车的实时能量数据的收集，相应地用最新的数据更新充电方案。
[0006]优选的，被动机制是移动充电车辆首先将充电路径中的访问节点设置为多层收集树的根。然后，基于多层收集树协议，构建使节点能够沿着树的结构将数据传输到根上的虚拟多层收集树；节点将选择合适的收集树把数据发送到车辆。
[0007]优选的，主动机制是利用空间预测算法(SPAS)收集向车辆发送数据的相邻节点的预期数据传输延迟和能耗。根据收集到的相邻节点的信息，删除一些不合格的节点，建立一个候选集。该步骤可以保证SPAS中主动发送机制的收敛性，避免网络泛滥。在向车辆发送数据时，根据延迟和能量消耗之间的权衡，从候选集获得发送集。
[0008]优选的，在新的自适应充电调度与快速数据共享协议中，包括节点的被动和主动
数据发送机制。被动发送机制是基于我们提出的一种基于被动数据发送机制的多层收集树协议，将多个虚拟树中节点的能量数据聚合到移动充电车辆中；同时提出了一种空间预测主动发送算法用于主动数据发送机制，来减少没有可用或有效树的数据聚合的延时问题。
[0009]优选的，在方案实施前还包括建立二维监控区域内的固定可充电节点组成的无线可充电网络，并且通过系统设置或GPS设备了解地理位置。
[0010]优选的，通过收集树协议在无线可充电网络中构建一个虚拟树结构，获得通过每个节点到达根节点的最佳预期传输数(ETX)，预期传输值大的节点会把数据传给预期传输值小的节点，其中根节点的预期传输值为0。
[0011]优选的，在被动数据发送机制中，移动充电车辆首先将充电路径中的即将访问节点设置为多层收集树的根。然后，基于多层收集树协议，构建使节点能够沿着树的结构将数据传输到根上的虚拟多层收集树，节点将选择合适的收集树把数据发送到移动充电车辆。我们将多层树结构中的一个层的根定义为目标节点(DNode)。
[0012]优选的，在采用被动数据机制发送前还包括的步骤：
[0013]利用多层收集树协议的数据传输逻辑算法，根据总数据到达目标节点的时间和移动充电车辆离开最后一个目标节点的时间，作比较来确定目标节点的数量。如果总体数据抵达的时间大于移动充电车离开的时间，则循环并且增加循环中目标节点的数量；如果小于则结束循环，并且给出目标节点的节点数n
r
。
[0014]优选的，不同于原有的收集树协议，在我们的多层树收集协议中每一个节点都会有一个ETX集，每一个节点i的ETX集可以被描述为：
[0015][0016]代表节点i的ETX集合，n
r
是目标节点数量。
[0017]在我们提出的多层收集树协议中，树中的节点不仅发送自己的能量数据，还负责转发其他节点的能量数据。将接受的数据包与自己的数据包结合发送，可以在截止日期之前向移动充电车辆发送更多的能量数据信息。
[0018]利用时间等待最优(TWO)算法，找到每个节点最佳的等待时间。在多层收集树协议的数据传输逻辑算法中，描述了我们提出的多层收集树协议中能量数据传输的过程。对于节点具有ETX集合，它有多种路由选项来将其能量数据发送到移动充电车辆。每个选项都表示一个图层中的树状结构。在每一层中，通过比较节点的能量数据到达根的预期时间与移动充电车辆离开根的预期时间，该节点可以判断车辆是否可以获得该数据。该节点将选择前者的预期时间短于后者的树来传输其能量数据(此外，没有ETX集合的节点必须向相邻的单跳节点发送查询请求，来计算其自己的ETX集合)。
[0019]优选的，在采用主动数据发送机制之前，还包括了步骤：
[0020]每个节点需要通过从根目录接受到的数据包得到历史车辆位置信息和运动半径，并以此来计算车辆的运动范围。
[0021]通过空间预测主动发送(SPAS)算法，确定有用节点和有效树。第一步是收集向车辆发送数据的相邻节点的预期数据传输延迟和能耗。第二步是根据收集到的相邻节点的信息，删除一些不合格的节点，建立一个候选集。该步骤可以保证SPAS中主动发送机制的有向性，避免网络混乱。第三步是在向车辆发送数据时，根据延迟和能量消耗之间的权衡，从候
选集获得发送集。
[0022]优选的，在更新充电路径中。提出了一种基于马克尔夫决策过程的车辆充电方案，实时更新充电路径。
[0023]优选的，我们提出了一种针对低能量节点的保护机制。当节点能量过低时，停止参与收集树构造和帮助其他节点传输数据能量，来延长低能量节点的寿命。
[0024]本专利技术具有如下的优点和有益效果：
[0025]本专利技术针对原有充电技术无法解决由于网络拓扑的变化，节点能耗突然因网络不确定性而动态网络能量消耗场景场景、用户峰值访问和节点故障造成的能耗率问题，提出了自适应的充电调度方案，极大提高了无线充电网络的效率，同时也提高了无线充电网络对于实际应用环境的适应性。
[0026]本专利技术针对原有收集树协议存在的树构造时间较长、时延长，适应性差等问题，提出了快速数据共本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于共享无线可充电网络的自适应充电调度方法，其特征在于，无线可充电网络中，所有网络节点的能量数据通过数据共享机制不断被发送到充电小车上，所述数据共享机制包含被动数据发送机制和主动数据发送机制；基于移动充电车辆的实时能量数据的收集，相应地更新充电方案。2.根据权利要求1所述的应用于共享无线可充电网络的自适应充电调度方法，其特征在于，在网络节点的能量数据被发送前，建立二维监控区域内的固定可充电节点组成的无线可充电网络，并且通过系统设置或GPS设备了解地理位置；通过收集树协议在无线可充电网络中构建一个虚拟数据收集树，虚拟数据收集树中的节点包含预期传输值(ETX)，预期传输值大的节点会把数据传给预期传输值小的节点，其中根节点的预期传输值为0。3.根据权利要求1所述的应用于共享无线可充电网络的自适应充电调度方法，其特征在于，所述被动数据发送机制是移动充电车辆首先将充电路径中的访问节点设置为多层收集树的根；然后，基于多层收集树协议，构建使节点能够沿着多层收集树的结构将数据传输到多层收集树的根上的虚拟多层收集树；节点将选择收集树把数据发送到移动充电车辆。4.根据权利要求1所述的应用于共享无线可充电网络的自适应充电调度方法，其特征在于，所述主动数据发送机制是利用空间预测算法主动向移动充电车辆发送数据，第一步，收集向移动充电车辆发送数据的相邻节点的预期数据传输延迟和能耗；第二步，根据收集到的相邻节点的信息，删除一些不合格的节点，建立一个候选集；第三步，在向移动充电车辆发送数据时，根据延迟和能量消耗之间的权衡，从所述候选集获得发送集。5.根据权利要求1所述的应用于共享无线可充电网络的自适应充电调度方法，其特征在于，在采用被动数据发送机制前还包括以下步骤：利用多层收集树协议的数据传输逻辑算法，将总体数据到达目标节点的时间和移动充电车辆离开最后一个目标节点的时间作比较，来确定目标节点的数...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志为，黄文杰，黄海峰，杨飞扬，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：