一种具有空间占用的有向无线充电合作调度方法技术

本发明专利技术公开了一种具有空间占用的有向无线充电合作调度方法包括：利用移动可充电传感设备集合、有向无线充电器集合以及有向无线充电器的充电功率构建有向无线充电器的合作调度定价模型；通过定价模型形式化具有空间占用的有向无线充电合作调度问题，并计算最优安排下的充电角度集合；制定具有空间占用的有向无线充电合作调度角度离散化方案；调用具有空间占用的有向无线充电合作调度算法，得到每个移动可充电传感设备的调度方案。本发明专利技术提供了一种具有空间占用的有向无线充电合作调度方法，可以在满足充电提供方利益和没有空间占用冲突的前提下，确定移动可充电传感设备的合作充电调度方案，最小化总成本。最小化总成本。最小化总成本。

【技术实现步骤摘要】
一种具有空间占用的有向无线充电合作调度方法


[0001]本专利技术涉及无线可充电传感器网络充电调度
，具体为一种具有空间占用的有向无线充电合作调度方法。

技术介绍

[0002]随着物联网技术的发展，越来越多的场景中开始使用无线传感设备，包括军事、农业和交通等诸多领域，与此同时，大量传感器设备的能源补充问题已经引起了学术界和工业界的广泛关注；虽然一些传感器设备可以从周围的环境中吸收各种形式的能量，如太阳能和风能，但这些能源的提取效率受环境和天气影响，高度不可预测且不稳定，相比之下，无线电力传输因为可以提供连续和可靠的能量供应，更加受到人们的青睐。
[0003]射频充电作为一种具有远距离、一对多特性的无线充电技术，在大规模低功耗传感器网络得到广泛应用；基于射频充电的特性，公共充电时间内的多个可充电设备可以共同分担充电成本，降低个体成本，这种合作充电的形式是射频充电技术的一种自然且经济的服务模式。
[0004]尽管有针对合作充电调度的研究，但该方面的研究十分稀少，且忽略了一些实际的因素，比如没有涉及充电功率与充电角度有关的有向充电，没有考虑可充电设备的空间占用问题，即每一个可充电设备都是占据一定空间的，一个充电器不能同时给无线数量的可充电设备进行充电，因此针对具有空间占用的有向无线充电合作调度是有实用意义的。
[0005]此外，当前的合作充电调度研究中，缺乏对付费模式的深入研究，未能从经济的角度构建合理的计价规则；尽管以往的研究通过优化充电总来确保充电需求方的利益，但往往忽视了充电服务提供商的利益保障问题，不能激励更多的提供商参与到付费无线充电网络中。因此在本专利技术中，引入了基于起充价的定价规则。

技术实现思路

[0006]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0007]鉴于上述存在的问题，提出了本专利技术。
[0008]因此，本专利技术解决的技术问题是：现有的合作充电调度方法，忽略充电功率与充电角度有关的有向充电和可充电设备的空间占用的问题。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种具有空间占用的有向无线充电合作调度方法，包括：利用移动可充电传感设备集合、有向无线充电器集合以及有向无线充电器的充电功率构建有向无线充电器的合作调度定价模型；通过所述定价模型形式化具有空间占用的有向无线充电合作调度问题，并获取最优安排下的充电角度集合；基于所述有向无线充电合作调度问题制定具有空间占用的有向无线充电合作调度角度离散化方案；调用具有空间占用的有向无线充电合作调度算法，得到每个移动可充电传感设备的调
度方案。
[0010]作为本专利技术所述的具有空间占用的有向无线充电合作调度方法的一种优选方案，其中：所述移动可充电传感设备集合和有向无线充电器集合包括，
[0011]所述移动可充电传感设备集合为N＝{o1,o2,
…
,o
n
}，每一个移动可充电传感器o
i
∈N，1≤i≤n，所有移动可充电传感设备是同质的，有相同的能量上限E
MAX
；
[0012]所述的有向无线充电器集合为M＝{s1,s2,
…
,s
m
}，每一个有向无线充电器s
j
∈M，1≤j≤m，都有一个充电设施来固定充电距离d
j
，移动可充电传感设备需要移动到充电设施上进行充电；
[0013]所述移动可充电传感设备和有向无线充电器都分布在一个二维平面上，考虑到绝大多数场景下，移动距离都远大于充电距离d
j
，任意移动可充电传感设备o
i
与有向无线充电器s
j
之间的移动忽略d
j
，仅由两者之间的欧几里得距离确定，即||s
j
o
i
||。
[0014]作为本专利技术所述的具有空间占用的有向无线充电合作调度方法的一种优选方案，其中：所述有向无线充电器的充电功率的获取包括，
[0015]所述移动可充电传感设备o
i
从有向无线充电器s
j
获取的充电功率pr(s
j
,o
i
,θ
ij
)的计算包括，
[0016][0017]其中，θ
ij
表示移动可充电传感设备o
i
与有向无线充电器s
j
之间的充电角度，α，β和μ表示由移动可充电传感设备o
i
和有向无线充电器s
j
的磁场环境和硬件参数决定的三个常数，d
j
表示移动可充电传感设备o
i
与有向无线充电器s
j
之间的距离，D表示有向无线充电器s
j
的最大充电距离，表示充电器最大充电角度；
[0018]由于d
j
是一个已知的常数，并且在本专利技术的系统模型中肯定不超过D，所以如果在充电器的最大充电角度下，o
i
总是可以获得正功率，功率单位为mW。
[0019]作为本专利技术所述的具有空间占用的有向无线充电合作调度方法的一种优选方案，其中：所述有向无线充电合作调度定价模型包括，
[0020]设定G
j
表示所述有向无线充电器s
j
的充电组，那么s
j
需要给所述移动可充电传感设备o
i
进行充电的实际补充能量E
i
(s
j
)的计算包括，
[0021]E
i
(s
j
)＝E
i
+2b
i
||s
j
o
i
||
[0022]其中，E
i
表示充电需求，b
i
表示单位移动能耗；
[0023]当充电角度为θ
ij
时，所述移动可充电传感设备o
i
在充电组G
j
中的充电时间T
i
(s
j
,θ
ij
)的计算包括，
[0024][0025]设定Φ
j
表示G
j
中移动可充电传感设备的充电角度集合，对于所述充电组G
j
和充电角度集合Φ
j
，充电组的充电时间是充电组中所有移动可充电传感设备的最大充电时间；
[0026]所述最大充电时间T(G
j
,Φ
j
)的计算包括，
[0027][0028]当充电角度集合为Φ
j
时，充电组G
j<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有空间占用的有向无线充电合作调度方法，其特征在于，包括：利用移动可充电传感设备集合、有向无线充电器集合以及有向无线充电器的充电功率构建有向无线充电器的合作调度定价模型；通过所述定价模型形式化具有空间占用的有向无线充电合作调度问题，并获取最优安排下的充电角度集合；基于所述有向无线充电合作调度问题制定具有空间占用的有向无线充电合作调度角度离散化方案；调用具有空间占用的有向无线充电合作调度算法，得到每个移动可充电传感设备的调度方案。2.如权利要求1所述的具有空间占用的有向无线充电合作调度方法，其特征在于：所述移动可充电传感设备集合和有向无线充电器集合包括，所述移动可充电传感设备集合为N＝{o1,o2,
…
,o
n
}，每一个移动可充电传感器o
i
∈N，所有移动可充电传感设备是同质的，有相同的能量上限E
MAX
；所述的有向无线充电器集合为M＝{s1,s2,
…
,s
m
}，每一个有向无线充电器s
j
∈M，都有一个充电设施来固定充电距离d
j
，移动可充电传感设备需要移动到充电设施上进行充电；所述移动可充电传感设备和有向无线充电器都分布在一个二维平面上，考虑到绝大多数场景下，移动距离都远大于充电距离d
j
，任意移动可充电传感设备o
i
与有向无线充电器s
j
之间的移动忽略d
j
，仅由两者之间的欧几里得距离确定，即||s
j
o
i
||。3.如权利要求2所述的具有空间占用的有向无线充电合作调度方法，其特征在于：所述有向无线充电器的充电功率的获取包括，所述移动可充电传感设备o
i
从有向无线充电器s
j
获取的充电功率pr(s
j
,o
i
,θ
ij
)的计算包括，其中，θ
ij
表示移动可充电传感设备o
i
与有向无线充电器s
j
之间的充电角度，α，β和μ表示由移动可充电传感设备o
i
和有向无线充电器s
j
的磁场环境和硬件参数决定的三个常数，d
j
表示移动可充电传感设备o
i
与有向无线充电器s
j
之间的距离，D表示充电器s
j
的最大充电距离，δ表示充电器s
j
的最大充电角度。4.如权利要求1～3任一所述的具有空间占用的有向无线充电合作调度方法，其特征在于：所述有向无线充电合作调度定价模型包括，设定G
j
表示所述有向无线充电器s
j
的充电组，s
j
需要给所述移动可充电传感设备o
i
进行充电的实际补充能量E
i
(s
j
)的计算包括，E
i
(s
j
)＝E
i
+2b
i
||s
j
o
i
||其中，E
i
表示充电需求，b
i
表示单位移动能耗；当充电角度为θ
ij
时，所述移动可充电传感设备o
i
在充电组G
j
中的充电时间T
i
(s
j
,θ
ij
)的计算包括，
设定Φ
j
表示G
j
中移动可充电传感设备的充电角度集合，对于所述充电组G
j
和充电角度集合Φ
j
，充电组的充电时间是充电组中所有移动可充电传感设备的最大充电时间；所述最大充电时间T(G
j
,Φ
j
)的计算包括，当充电角度集合为Φ
j
时，充电组G
j
的成本c(G
j
,Φ
j
)的计算包括，其中，A
j
表示起充价，a
j
表示续充单价，T
j
表示有向无线充电器的充电时间阈值。5.如权利要求4所述的具有空间占用的有向无线充电合作调度方法，其特征在于：所述形式化具有空间占有的有向无线充电合作调度问题的计算包括，形式化具有空间占有的有向无线充电合作调度问题的计算包括，形式化具有空间占有的有向无线充电合作调度问题的计算包括，形式化具有空间占有的有向无线充电合作调度问题的计算包括，形式化具有空间占有的有向无线充电合作调度问题的计算包括，其中，s.t.表示具有空间占有的有向无线充电合作调度问题的约束条件，G
j
′
表示有向无线充电器s
j
′
的充电组，θ
i
′
j
表示移动可充电传感设备o
i
′
与有向无线充电器s
j
之间的充电角度，表示充电组G
j
中移动可充电传感设备的最小角度间隔。6.如权利要求5所述的具有空间占用的有向无线充电合作调度方法，其特征在于：所述最优安排下的充电角度集合的计算包括，在不失一般性的前提下，考虑每个所述移动可充电传感设备占据一个长度为x的空间，并且移动可充电传感设备的天线位于空间前部的中心，充电组G
j
中移动可充电传感设备的最小角度间隔的计算包括，给定有k个移动可充电传感设备的充电组G
j
＝{o1,o2,
…
,o
k
}，E1(s
j
)≥E2(s
j
)≥
…
≥E
k
(s
j
),k≥1，按照实际充电量非递增顺序排序确定o
i
的编号，得到对应的充电角度也按照实际充电量非递增顺序编号，构成最优安排下的充电角度集合；所述最优安排下的充电角的计算包括，
其中，θ
1j
表示移动可充电传感设备o1与有向无线充电器s
j
之间的充电角度。7.如权利要求6所述的具有空间占用的有向无线充电合作调度方法，其特征在于：所述具有空间占用的有向无线充电合作调度角度离散化方案的获取包括，给定有k个移动可充电传感设备的充电组G
j
＝{o1,o2,
…
,o
k
}，E1(s
j
)≥E2(s
j
)≥
…

【专利技术属性】
技术研发人员：徐佳，吴思徐，蒋凌云，李德强，刘林峰，徐力杰，肖甫，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：