[发明专利]一种风光储微能量收集无线传感系统调度方法及装置

说明书

本发明涉及一种风光储微能量收集无线传感系统调度方法及装置，包括以下步骤：步骤1、建立以调度时段内最大化发送信息为目标的最大最小化目标函数及其约束条件；步骤2、采用能量‑信息分层交替优化算法对步骤1所建立的以调度时段内最大化发送信息为目标的最大最小化目标函数进行求解，将最终得到的无线传感器功率、储能充放电功率和信息缓存器发出的信息量下发至能量管理系统执行调度。本发明高效解决了风光储微能量收集无线传感系统调度控制问题，提高了系统信息发送的可靠性。

技术领域

本发明属于线传感系统调度技术领域，涉及无线传感系统的调度方法及装置，尤其是一种风光储微能量收集无线传感系统调度方法及装置。

背景技术

近年来物联网发展，各类无线传感器成爆发式增长。但是，无线传感器往往大量散布于基础设施差、长期无人的环境里，供电问题限制了其广泛应用。微能源采集装置利用风力、光伏、热电、压电、生化反应等物理或化学效应，由周围环境中获取微能量，供各类低功耗传感器件使用，受到了越来越多的关注。然而，在有限的微能量下，无法保证传感器实时的用能需求，需要对微能量采集系统进行能量的调度。本发明，针对风光储微能量收集无线传感系统，提出一种风光储微能量收集无线传感系统调度方法，对保障有限资源下的无线传感系统的可靠运行具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种风光储微能量收集无线传感系统调度方法及装置，能够保障有限资源下的无线传感系统的可靠运行。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种风光储微能量收集无线传感系统调度方法，包括以下步骤：

步骤1、建立以调度时段内最大化发送信息为目标的最大最小化目标函数及其约束条件；

步骤2、采用能量-信息分层交替优化算法对步骤1所建立的以调度时段内最大化发送信息为目标的最大最小化目标函数进行求解，将最终得到的无线传感器功率、储能充放电功率和信息缓存器发出的信息量下发至能量管理系统执行调度。

而且，所述步骤1的具体步骤包括：

(1)根据风力和光伏未来时段的预测结果及其不确定范围，建立风力与光伏的能量收集数学模型；

(2)电池储能系统考虑电池能量SOC与充放电功率约束，建立储能充放电模型；

(3)计算系统i时刻功率平衡限制为：

其中：η_w、η_pv、η_st分别表示风电AC/DC、光伏DC/DC、储能电池DC/DC的转换效率；p_ws(i)为i时刻无线传感器的功率，p_{ws_min}、p_{ws_max}分别代表无线传感器功率最小值和最大值。

(4)计算无线传感系统信息发送速率与信息发送量，建立无线传感器作为用能设备的能量信息转换模型，用如下公示表示：

其中：d_p(i)表示i时刻信息发送比特，h_n为信道的特。

(5)根据信息缓存器存在信息存储的上限和可允许的最大延迟，建立考虑有限容量信息存储器的信息存储与发送约束模型如下：

其中：B(i)为第i时刻缓存器收到的信息容量，d(i)为第i时段缓存器发送出的信息量，B_max为缓存器信息存储的上限值，τ为信息允许存在的最大延迟时间。

(6)以调度时段内最大化发送信息为目标，将无线传感器的功率、储能充放电功率和信息缓存器发出的信息作为待优化变量，建立如下的最大最小化目标函数：