[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

说明书

本发明公开了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。本发明方法通过充电效用与输出功率的比例最大化来确定每个停止点的功率分配，贪心选择充电覆盖增益最大的节点作为确定停止点，充电器输出功率更加细化，灵活地进行充电服务；将确定停止点均衡划分成不同的充电簇，同时缩短簇内移动距离，均衡不同充电器的工作负载；通过降低充电完成时间较早位置的输出功率及添加独立停止点的方式消除冲突停止点，避免了等待策略造成的延迟增加。本发明方法能更均衡的将网络中的充电任务分配给不同的充电器，提高整个网络中的充电效率，通过利用可调功率来更加灵活地服务网络中不同节点密度的区域，有效节约充电器能量消耗，缩短了充电延迟。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，具体涉及一种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。

背景技术

无线传感器节点广泛应用于物联网中，这些节点通常由有限电量的电池供电，如何有效解决传感器的能量约束是该领域的一个关键问题。在可充电传感器网络中，无线能量传输作为一种可控的补充网络能量的方式，最近引起了学者的广泛关注。

无线能量传输技术的多节点充电方案中，充电器能够在其充电范围内同时为多个相邻节点充电，这极大地提高了充电效率。然而，无线能量传输会造成高电磁辐射安全性问题，最近的一些文献研究了静态充电器的辐射安全充电问题，如Dai等人在《Radiationconstrained wireless charger placement》一文提出了一种静态无线充电器放置方案，该方案可确保区域内每个位置的电磁辐射安全。文献《Radiation constrained faircharging for wireless power transfer》中研究了受辐射约束的公平充电问题，文中通过调整无线充电器的功率来最大化传感器的最小效用并提出了四个算法进行了有效求解。在考虑大规模无线传感网络的充电器部署问题中，静态充电器由于固定的充电范围会导致部署数量以及成本的大幅升高。因此另一些研究转移到了多移动充电设备下的安全充电，Rault等人在《Avoiding radiation of on-demand multi-node energy charging withmultiple mobile chargers》中在按需充电中将多节点能量传输和多移动充电器结合，文中采用冲突等待的保守策略保证安全充电的同时来减少充电延迟，在《A Safe ChargingAlgorithm Based on Multiple Mobile Chargers》一文中Wang等人采用了单节点充电策略并使用冲突等待的思想实现了多个MC(Mobile Charger，移动充电器)的安全充电。可以看到，目前的多MC移动充电研究中并未考虑多个MC的功率可调性，采用冲突等待的保守安全充电处理方式不够灵活，这种方式增加了网络的充电延迟。

发明内容

本发明的目的在于针对现有方法中存在的问题，提供一种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，能够保证高效率的安全充电并最小化多个移动充电器之间的最大充电延迟。

本发明方法首先通过网络传感器节点之间的通信协议获取到每个传感器节点的空间地理位置和剩余电量，计算节点的能量需求，汇总充电信息，根据获取到的节点位置信息构建无线传感器网络的二维平面网络；然后在网络中的请求节点中确定每个停止点的最优分配功率，并贪心选择具有最大充电覆盖增益的停止点。再将停止点分为N组，以便每辆MC可以为其自己的节点子集充电，分配任务的目标是平衡不同MC之间的工作负载，同时最大程度地减少MC在网络中的行驶距离。最后，为充电器规划安全的充电移动路径，在充电过程中遇到冲突停止点时，采用局部降低功率这种更加灵活的处理方式避免充电延迟的延长。

为实现发明目的，本发明采用如下技术方案：