一种离线在线相结合的移动充电车调度方法技术

本发明专利技术公开了一种离线在线相结合的移动充电车调度方法，包括：根据无线可充电传感网中可充电节点的属性、能耗率和归一化充电代价，在充电代价约束和距离约束下，将可充电节点划分到多个节点组中，生成节点信息表；根据节点信息表为每个节点组规划连接组内所有可充电节点的TSP路径；基于离线调度算法，根据每个节点组的TSP路径控制该节点组对应的第一移动充电车为该节点组内的可充电节点进行充电；基于在线调度算法，根据每个节点组内可充电节点发出的充电请求控制该节点组对应的第二移动充电车为发出充电请求的可充电节点进行充电。本发明专利技术通过离线和在线相结合的调度操作，既满足了亟需充电节点的需求，也兼顾到了网络中其他节点的能量。中其他节点的能量。中其他节点的能量。

【技术实现步骤摘要】
一种离线在线相结合的移动充电车调度方法


[0001]本专利技术涉及一种离线在线相结合的移动充电车调度方法，属于移动充电车调度


技术介绍

[0002]无线可充电传感网(Wireless Rechargeable Sensor Networks,WRSNs)是由大量微型传感器节点组成，可以部署在特定区域内，形成一个多跳自组织的网络从而对目标进行监测。在无线可充电传感网中通过一个或多个移动充电车为所有可充电节点补充能量，避免可充电节点过早死亡而影响网络运行效果。为了实现更好的充电效果，需要对无线可充电传感网中的移动充电车进行调度。
[0003]当前无线可充电传感网领域中的移动充电车调度算法主要包括离线调度算法和在线调度算法。在离线调度算法中，移动充电车往往沿着预定的路径周期性地遍历网内所有节点并为其充电。然而，无线可充电传感网是动态运行的，各节点的能量消耗会根据实际情况的不同而变化，这将导致离线调度算法中预定的路径和调度不再是最佳的，从而降低能量补给效率和节点存活率。在在线调度算法中，当节点的剩余电量低于其所设定的阈值时将发送充电请求，移动充电车满足一定条件后被触发，为相应节点补给能量。尽管在线调度算法可在一定程度上适应节点的能耗率的变化，但其应用规模受限，在网络中仅有单一移动充电车的情况下，往往无法确保可服务于所有发出请求的节点。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的不足，本专利技术提出了一种离线在线相结合的移动充电车调度方法，对无线可充电传感网中的可充电节点进行分组，优化移动充电车的移动路径，通过离线和在线相结合的调度操作，既满足了亟需充电节点的需求，也兼顾到了网络中其他节点的能量，降低充电成本，提高充电效果，提高了无线可充电传感器网络的可靠性和稳定性。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术手段：
[0006]本专利技术提供一种离线在线相结合的移动充电车调度方法，包括如下步骤：
[0007]根据无线可充电传感网中的每个可充电节点的属性信息，计算每个可充电节点的能耗率和归一化充电代价；
[0008]根据所述可充电节点的属性、能耗率和归一化充电代价，在充电代价约束和距离约束下，将无线可充电传感网中的可充电节点划分到多个节点组中，并生成节点信息表；
[0009]根据所述节点信息表，为每个节点组规划连通组内所有可充电节点的TSP路径；
[0010]基于离线调度算法，根据每个节点组的TSP路径控制该节点组对应的第一移动充电车，为该节点组内的可充电节点进行充电；
[0011]基于在线调度算法，根据每个节点组内可充电节点发出的充电请求控制该节点组对应的第二移动充电车，为发出充电请求的可充电节点进行充电。
[0012]进一步的，所述无线可充电传感网中的各个可充电节点的属性信息包括节点ID、节点坐标和节点剩余电量。
[0013]进一步的，所述根据无线可充电传感网中的各个可充电节点的属性信息，计算各个节点的能耗率和归一化充电代价，包括：
[0014]根据每个可充电节点的节点剩余电量计算每个可充电节点的能耗率，计算公式如下：
[0015]p
i
﹦P
i
’
/t
[0016]P
i
’
＝E
s
‑
E
i,t
[0017]其中，p
i
为第i个可充电节点的能耗率，P
i
’
为第i个可充电节点从0到t时刻消耗的电量，i∈[1,N]，N为无线可充电传感网中可充电节点总数，E
s
为可充电节点的初始电量，E
i,t
为第i个可充电节点t时刻的节点剩余电量；
[0018]根据每个可充电节点的节点坐标计算每个可充电节点到基站的距离；
[0019]根据每个可充电节点到基站的距离和该可充电节点的能耗率计算每个可充电节点的归一化充电代价，计算公式如下：
[0020]c
i
﹦α
×
p
i
﹢β
×
d(s
i
,BS)
[0021]其中，c
i
为第i个可充电节点的归一化充电代价，α、β为归一化充电系数，α，β∈[0,1]，且α﹢β﹦1，d(s
i
,BS)为第i个可充电节点s
i
到基站BS的欧式距离。
[0022]进一步的，对所述可充电节点进行分组，包括：
[0023](1)将无线可充电传感网中所有可充电节点按照归一化充电代价的数值由大到小排序，得到第一队列Q；
[0024](2)将第一队列Q中首个可充电节点作为第一个节点组Cluster1的成员，加入第一个节点组Cluster1中，记K＝1，同时，从第一队列Q中删除该首个可充电节点；
[0025](3)从k＝1开始直至k＝K为止，依次判断当前第一队列Q中首个可充电节点s
j
加入第k个节点组Cluster
k
后，第k个节点组Cluster
k
是否满足充电代价约束和距离约束；如果第k个节点组Cluster
k
满足充电代价约束和距离约束，将可充电节点s
j
加入第k个节点组Cluster
k
，更新第k个节点组Cluster
k
的充电代价C
k
和质心Center
k
，同时，从当前第一队列Q中删除可充电节点s
j
；如果所有节点组均不满足充电代价约束和距离约束，将当前可充电节点s
j
作为第K+1个节点组Cluster
k+1
的成员，加入第K+1个节点组Cluster
k+1
中，记K＝K+1，同时，从当前第一队列Q中删除可充电节点s
j
；其中，j∈[1,N]，N为无线可充电传感网中可充电节点总数；
[0026](4)重复步骤(3)，直至第一队列Q为空，得到K个节点组。
[0027]进一步的，所述充电代价约束为：
[0028]C
k
<C
’
[0029]其中，C
k
表示可充电节点s
j
加入节点组Cluster
k
后节点组Cluster
k
的充电代价，C
k
为节点组Cluster
k
中所有可充电节点的归一化充电代价之和，C
’
为预设的代价阈值；
[0030]所述距离约束为：
[0031]d(s
j
,Center
k
)≤d(s
j
,BS)
[0032]其中，d(s
j
,Center
k
)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离线在线相结合的移动充电车调度方法，其特征在于，包括如下步骤：根据无线可充电传感网中的每个可充电节点的属性信息，计算每个可充电节点的能耗率和归一化充电代价；根据所述可充电节点的属性、能耗率和归一化充电代价，在充电代价约束和距离约束下，将无线可充电传感网中的可充电节点划分到多个节点组中，并生成节点信息表；根据所述节点信息表，为每个节点组规划连通组内所有可充电节点的TSP路径；基于离线调度算法，根据每个节点组的TSP路径控制该节点组对应的第一移动充电车，为该节点组内的可充电节点进行充电；基于在线调度算法，根据每个节点组内可充电节点发出的充电请求控制该节点组对应的第二移动充电车，为发出充电请求的可充电节点进行充电。2.根据权利要求1所述的离线在线相结合的移动充电车调度方法，其特征在于，所述无线可充电传感网中的各个可充电节点的属性信息包括节点ID、节点坐标和节点剩余电量。3.根据权利要求2所述的离线在线相结合的移动充电车调度方法，其特征在于，所述根据无线可充电传感网中的各个可充电节点的属性信息，计算各个节点的能耗率和归一化充电代价，包括：根据每个可充电节点的节点剩余电量计算每个可充电节点的能耗率，计算公式如下：p
i
﹦P
i
’
/tP
i
’
＝E
s
‑
E
i,t
其中，p
i
为第i个可充电节点的能耗率，P
i
’
为第i个可充电节点从0到t时刻消耗的电量，i∈[1,N]，N为无线可充电传感网中可充电节点总数，E
s
为可充电节点的初始电量，E
i,t
为第i个可充电节点t时刻的节点剩余电量；根据每个可充电节点的节点坐标计算每个可充电节点到基站的距离；根据每个可充电节点到基站的距离和该可充电节点的能耗率计算每个可充电节点的归一化充电代价，计算公式如下：c
i
﹦α
×
p
i
﹢β
×
d(s
i
,BS)其中，c
i
为第i个可充电节点的归一化充电代价，α、β为归一化充电系数，α，β∈[0,1]，且α﹢β﹦1，d(s
i
,BS)为第i个可充电节点s
i
到基站BS的欧式距离。4.根据权利要求1所述的离线在线相结合的移动充电车调度方法，其特征在于，对所述可充电节点进行分组，包括：(1)将无线可充电传感网中所有可充电节点按照归一化充电代价的数值由大到小排序，得到第一队列Q；(2)将第一队列Q中首个可充电节点作为第一个节点组Cluster1的成员，加入第一个节点组Cluster1中，记K＝1，同时，从第一队列Q中删除该首个可充电节点；(3)从k＝1开始直至k＝K为止，依次判断当前第一队列Q中首个可充电节点s
j
加入第k个节点组Cluster
k
后，第k个节点组Cluster
k
是否满足充电代价约束和距离约束；如果第k个节点组Cluster
k
满足充电代价约束和距离约束，将可充电节点s
j
加入第k个节点组Cluster
k
，更新第k个节点组Cluster
k
的充电代价C
k
和质心Center
k
，同时，从当前第一队列Q中删除可充电节点s
j
；如果所有节点组均不满足充电代价约束和距离约束，将当前可充电节点s
j
作为第K+1个节点组Cluster
k+1
的成员，加入第K+1个节点组Cluster
k+1
中，记K＝K+1，同时，从当
前第一队列Q中删除可充电节点s
j
；其中，j∈[1,N]，N为无线可充电传感网中可充电节点总数；(4)重复步骤(3)，直至第一队列Q为空，得到K个节点组。5.根据权利要求4所述的离线在线相结合的移动充电车调度方法，其特征在于，所述充电代价约束为：C
k
<C
’
其中，C
k
表示可充电节点s
j
加入节点组Cluster
k
后节点组Cluster
k
的充电代价，C
k
为节点组Cluster
k
...

【专利技术属性】
技术研发人员：林特，沙超，卞小杰，马宇晗，樊卫北，李德强，徐鹤，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：