本发明专利技术提供了一种基于绿色能源的无线充电调度系统、方法及设备，涉及无线充电调度领域。该方法包括：采用聚类算法将传感器网络内的多个传感器节点进行分类，部署一个绿色基站对同一类传感器节点进行无线充电，确定绿色基站的位置；根据绿色基站的位置生成沃罗诺伊图，引入弗里斯公式确定传感器节点从绿色基站得到的接收功率；获取传感器节点的电池容量，根据接收功率以及电池容量确定传感器节点的充电时间，生成充电时间集合；引入排队论模型，根据充电时间集合确定任一所述绿色基站的服务强度；根据服务强度调配绿色基站负载，生成调配方案，使得绿色基站能够完成所有的充电请求。本发明专利技术能够避免资源浪费，实现充电基站的负载均衡。负载均衡。负载均衡。
【技术实现步骤摘要】
一种基于绿色能源的无线充电调度系统、方法及设备
[0001]本专利技术涉及无线充电调度领域，特别是涉及一种基于绿色能源的无线充电调度系统、方法及设备。
技术介绍
[0002]随着科学技术的发展，无线可充电传感器网络(Wireless Rechargeable Sensors Network，WRSN)已经成为了获取信息的重要手段之一，并且已经被广泛地应用在各种场景中，这些场景都离不开网络中的节点持续、有效的工作。只有WRSN中所有的传感器节点都满足保持连通性、覆盖性、稳定性等要求，网络才能完成相应的数据收集、环境监测等任务。由于传感器节点一般体积较小，所以自身配备的电池容量都是极其有限的，这就导致了WRSN中节点自带的电池难以充电，而人工维护成本又会过高的问题，导致在实际中的发展受到能量问题的极大制约。
[0003]随着无线充电技术的成熟，使用电磁波进行能量补充的方式被广泛研究。无线电能传输(Wireless Power Transmission，WPT)是指在WRSN中设置主动性的无线充电设备，可以为任意传感器节点进行无线能量补给(Wireless Power Supplement，WPS)以维持其生命期的方法。采用这类方法往往需要在网络中部署静态的充电站或者移动充电基站(例如具有无线充电功能的无人机、无人充电小车等)。当WRSN中的某一节点剩余电量较少时，节点就会向WRSN中的基站发出充电请求。当基站收到充电请求后，就会通过主动发射电磁波(射频能量)的方式，为节点进行无线能量传输，以保证节点的正常工作，但无线充电技术还存在很多问题。
[0004]首先，电磁波在空间中传输的路径损耗极大，而一个WRSN中的节点数量又是巨大的(相比于网络中的可充电基站)。如果用褐色能源(也就是传统电能)驱动整个无线充电系统的话，将会造成很大的资源浪费，产生的碳排放也会导致温室效应加剧，进一步破坏自然环境。
[0005]其次，现有的研究大部分都只是关注于最大化充电效率，导致大部分节点都被分配给距离它最近的基站，这就会导致充电基站负载不均衡的现象：部分处在节点密集处的基站服务队列过长，而在节点稀疏处的基站又长时间处于空闲状态。这样做虽然会提升一小部分的节点的充电效率(也就是增大了节点的接收功率)，减少其所需充电时间，但是却导致了节点的排队等待时间过长，这很可能造成节点等待到没电死亡的情况，导致充电效率低，且大部分研究并未考虑充电过程中的运营商利润。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是提供一种基于绿色能源的无线充电调度系统、方法及设备，以解决褐色能源驱动整个无线充电系统导致资源浪费以及充电基站的负载不均衡的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008]一种基于绿色能源的无线充电调度系统，包括：绿色基站以及传感器节点；
[0009]所述绿色基站包括风力发电机、光伏发电机、储能电池以及射频能量发射端；所述储能电池分别与所述风力发电机、所述光伏发电机以及所述射频能量发射端相连接；将所述风力发电机以及所述光伏发电机收集的绿色能源转换为电能存储至所述储能电池，所述储能电池对所述绿色能源进行处理，向所述射频能量发射端提供交流电，并在所述射频能量发射端处形成能量波束，生成射频信号；
[0010]所述传感器节点包括依次连接的射频能量接收端、超级电容以及传感模块；所述射频能量接收端对所述射频信号浸出处理，生成射频能量，存储至所述超级电容中，由所述超级电容向所述传感模块进行放电，驱动所述传感模块工作。
[0011]一种基于绿色能源的无线充电调度方法，包括：
[0012]采用聚类算法将传感器网络内的多个传感器节点进行分类，部署一个绿色基站对同一类传感器节点进行无线充电，确定所述绿色基站的位置；
[0013]根据所述绿色基站的位置生成沃罗诺伊图；
[0014]基于所述沃罗诺伊图，引入弗里斯传输公式，确定所述传感器节点从所述绿色基站得到的接收功率；
[0015]获取所述传感器节点的电池容量，根据所述接收功率以及所述电池容量确定所述绿色基站向所述传感器节点的充电时间，生成充电时间集合；
[0016]根据所述充电时间集合，计算出平均充电时间，引入排队论模型，确定任一所述绿色基站的服务强度；
[0017]根据所述服务强度调配所述绿色基站的负载以及所述传感器节点，生成调配方案，使得所述绿色基站能够服务完所述传感器节点的充电请求。
[0018]可选的，根据所述服务强度调配所述绿色基站的负载以及所述传感器节点，生成调配方案，之后还包括：
[0019]获取运营商向用户承诺的充电服务总时长以及用户实际充电服务总时长；
[0020]根据所述承诺的充电服务总时长以及所述用户实际充电服务总时长确定运营商利润；
[0021]根据所述传感器节点到所述绿色基站的距离、传感器节点剩余电量以及队列长度，选取使得所述运营商利润最大的调配方案调配所述绿色基站的负载，生成所述绿色基站与所述传感器节点的最终关联方案。
[0022]可选的，根据所述传感器节点到所述绿色基站的距离、传感器节点的剩余电量以及队列长度，选取使得所述运营商利润最大的调配方案调配所述绿色基站的负载，生成所述绿色基站与所述传感器节点的最终关联方案，之后还包括：
[0023]根据所述充电时间确定所述传感器节点的非中断充电优先级；
[0024]按照所述非中断充电优先级，根据所述传感器节点的剩余电量控制所述传感器节点所在区域对应的绿色基站的充电动作。
[0025]可选的，采用聚类算法将传感器网络内的多个传感器节点进行分类，部署一个绿色基站对同一类传感器节点进行无线充电，确定所述绿色基站的位置，具体包括：
[0026]采用聚类算法将传感器网络内的多个传感器节点进行分类，按照所述传感器的功耗，确定同一类传感器节点中每个所述传感器节点的权重以及绿色基站与传感器节点的关联方案；
[0027]根据所述权重以及所述关联方案确定所述绿色基站的位置；所述绿色基站的位置处于每一类传感器节点的加权中心位置。
[0028]可选的，所述接收功率为：
[0029][0030]其中，P
nk_r
为接收功率，η为线性能量接收模型里的整流效率，G
t
为发射天线的增益，G
r
为接收天线的增益，L
p
为极化损失，λ是射频波的波长，||k,n||2为绿色基站k到传感器节点n的欧氏距离，β为短距离情况下弗里斯自由空间传输方程的补偿参数，P
t
为绿色基站的发射功率。
[0031]可选的，所述充电时间为：
[0032][0033]其中，t
kn
为充电时间，C
n
为传感器节点n的电池容量，C
n_t1
为传感器节点的设定电量阈值，R
k,n
为所述绿色基站k与所述传感器节点n的关联方案。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于绿色能源的无线充电调度系统，其特征在于，包括：绿色基站以及传感器节点；所述绿色基站包括风力发电机、光伏发电机、储能电池以及射频能量发射端；所述储能电池分别与所述风力发电机、所述光伏发电机以及所述射频能量发射端相连接；将所述风力发电机以及所述光伏发电机收集的绿色能源转换为电能存储至所述储能电池，所述储能电池对所述绿色能源进行处理，向所述射频能量发射端提供交流电，并在所述射频能量发射端处形成能量波束，生成射频信号；所述传感器节点包括依次连接的射频能量接收端、超级电容以及传感模块；所述射频能量接收端对所述射频信号浸出处理，生成射频能量，存储至所述超级电容中，由所述超级电容向所述传感模块进行放电，驱动所述传感模块工作。2.一种基于绿色能源的无线充电调度方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的基于绿色能源的无线充电调度系统，所述无线充电调度方法包括：采用聚类算法将传感器网络内的多个传感器节点进行分类，部署一个绿色基站对同一类传感器节点进行无线充电，确定所述绿色基站的位置；根据所述绿色基站的位置生成沃罗诺伊图；基于所述沃罗诺伊图，引入弗里斯公式确定所述传感器节点从所述绿色基站得到的接收功率；获取所述传感器节点的电池容量，根据所述接收功率以及所述电池容量确定所述绿色基站向所述传感器节点的充电时间，生成充电时间集合；根据所述充电时间集合，计算出平均充电时间，引入排队论模型，确定任一所述绿色基站的服务强度；根据所述服务强度调配所述绿色基站的负载以及所述传感器节点，生成调配方案，使得所述绿色基站能够服务完所述传感器节点的充电请求。3.根据权利要求2所述的基于绿色能源的无线充电调度方法，其特征在于，根据所述服务强度调配所述绿色基站的负载以及所述传感器节点，生成调配方案，之后还包括：获取运营商向用户承诺的充电服务总时长以及用户实际充电服务总时长；根据所述承诺的充电服务总时长以及所述用户实际充电服务总时长确定运营商利润；根据所述传感器节点到所述绿色基站的距离、传感器节点剩余电量以及队列长度，选取使得所述运营商利润最大的调配方案调配所述绿色基站的负载，生成所述绿色基站与所述传感器节点的最终关联方案。4.根据权利要求3所述的基于绿色能源的无线充电调度方法，其特征在于，根据所述传感器节点到所述绿色基站的距离、传感器节点的剩余电量以及队列长度，选取使得所述运营商利润最大的调配方案调配所述绿色基站的负载，生成所述绿色基站与所述传感器节点的最终关联方案，之后还包括：根据所述充电时间确定所述传感器节点的非中断充电优先级；按照所述非中断充电优先级，根据所述传感器节点的剩余电量控制所述传感器节点所...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘夕龙，刘思赉，宋伟，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：
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