[发明专利]基于多节点可调功率充电模型的安全充电延迟最小化方法

权利要求书

1.基于多节点可调功率充电模型的安全充电延迟最小化方法，采用的无线传感网络为：在一个感兴趣的平面区域中，存在N个相同的移动可调功率无线充电器s_n，n＝1,2,…,N，和M个随机部署的可充电固定传感器节点o_m，m＝1,2,…,M，并且N＜＜M，网络中心配有固定位置的基站；传感器节点收集来自充电器的无线电力，从而保持正常工作；所有移动可调功率无线充电器最初都位于仓库o₀，基站是传感器数据采集的汇聚节点，并负责从仓库分派s_n调度充电任务；其特征在于，该方法具体的步骤如下：

步骤(1)通过传感器节点和基站之间的无线通信传输，获取传感器节点的空间位置信息和剩余电量信息，根据空间位置信息构建网络图，根据剩余电量信息汇总请求节点；传感器节点的能量需求是当前节点的剩余电量距离节点电池容量的差值：E_o-E_r，E_r表示节点当前的剩余能量，E_o表示节点电池容量，将能量低于阈值的传感器节点作为请求节点添加进服务队列V_o；

步骤(2)将每个请求节点都作为s_n的停止点，计算每个停止点的功率等级分配；

步骤(3)从所有停止点中每次选择具有最大充电覆盖增益的停止点，并更新剩余节点的功率分配，确定最终选出的s_n停止点；

步骤(4)计算每个确定停止点处的停留时间；

步骤(5)将选出的s_n停止点划分成N个互斥的充电簇；

步骤(6)对划分的每个充电簇C_n求解初始充电路径：使用Christofides算法求解多个节点之间的最短TSP路径，L_n＝Christofides(C_n)；其中；L_n表示最短充电路径的长度，s_n优先访问距离仓库较近的停止点；

步骤(7)根据初始路径中的充电停止点访问顺序进行冲突停止点判定和消除操作，并规划最终的多MC安全充电路径求出最大充电延迟；具体是：

(7-1)第一个移动可调功率无线充电器不存在安全充电冲突不需要冲突消除操作，从第二个移动可调功率无线充电器开始将其充电停止点与前面所有的停止点之间执行冲突停止点判定操作，具体步骤如下：

(7-1-1)顺序取出当前s_n初始充电路径中的每个停止点，与前面所有s_n的停止点进行比较，判断是否存在充电区域重叠，如果停止点o_p和o_q的距离d(o_p,o_q)＜D(h_p)+D(h_q)，表示停止点o_p和o_q存在充电区域重叠，执行步骤(7-1-2)，D(h_p)和D(h_q)分别表示停止点o_p和o_q的充电覆盖半径；否则继续取下一个节点执行(7-1-1)；

(7-1-2)计算存在充电区域重叠的停止点的充电起始时间和实际充电持续时间其中，u_i,p和u_j,q表示属于i,j两辆不同MC的停止点；

其中，δ表示当前停止点在初始充电路径中的序号，d(u_i,l,u_i,l+1)表示u_i,l和u_i,l+1的距离，N'_h(u_i,p)表示停止在u_i,p位置处充电范围内还未被完全充电的传感器节点，t_w为充电覆盖集合中节点w的充电时间；

(7-1-3)根据充电起始时间和实际充电持续时间，判断是否存在充电时间重叠；如果存在充电时间重叠，执行(7-1-4)；否则继续取下一个节点执行(7-1-1)；

(7-1-4)判断两个停止点的重叠区域内是否存在冲突节点o_c，如果存在，计算冲突节点o_c的累加电磁辐射强度并判断是否超出安全辐射阈值R_t，其中电磁辐射强度与接收功率的大小成正比，如果τp(d(o_p,o_c))+τp(d(o_q,o_c))＞R_t，证明两者是冲突停止点，执行(7-2),否则继续取下一个节点执行(7-1-1)，τ是拟合系数，p(d(o_p,o_c))表示距离o_p为d的o_c的接收功率，p(d(o_q,o_c))表示距离o_q为d的o_c的接收功率；

(7-2)执行冲突消除操作，操作过程如下：

(7-2-1)计算两个冲突停止点各自的充电完成时间f(u_i,p)：

(7-2-2)将两个充电完成时间进行排序，选择其中充电完成时间较小的位置调整输出功率；重新对两个停止点进行冲突判断，若降低功率后，有节点超出充电覆盖范围，将超出覆盖范围的节点作为独立停止点，加入充电簇并以最低功率进行充电，重新规划路径；

(7-2-3)重复(7-2-1)和(7-2-2)，直到两个停止点不再是冲突停止点，则完成消除操作；

(7-3)判断当前s_n充电簇中的确定停止点是否判断完成：若未完成，执行(7-1-1)；若完成，结束当前s_n的冲突判定，执行(7-4)；

(7-4)判断当前是否是最后一个s_n，如果是，则计算所有s_n的充电延迟求出其中的最大值，否者重复步骤(7-1)至(7-2)；其中充电延迟指s_n沿安全充电路径完成一次充电循环的时间，表示为：其中|A_i|表示充电路径中停止点的最大编号。