[發(fā)明專利]一種魯棒安全的無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)中的充電調(diào)度方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201810314749.1 | 申請日： | 2018-04-10 |
| 公開（公告）號： | CN108509742B | 公開（公告）日： | 2021-03-02 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 戴海鵬;陳貴海;竇萬春;田臣;何田;劉茜;于楠;汪笑宇 | 申請（專利權(quán)）人： | 南京大學 |
| 主分類號： | G06F30/20 | 分類號： | G06F30/20 |
| 代理公司： | 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249 | 代理人： | 向妮 |
| 地址： | 210033 江蘇*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 安全 無線 充電 傳感器 網(wǎng)絡(luò) 中的 調(diào)度 方法 | ||
本發(fā)明提出一種魯棒安全的無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)中的充電調(diào)度方法，首先提出了概率性充電模型和電磁輻射模型，并用其來描述其電磁輻射抖動特性，同時，還定義一個設(shè)備的充電效用與它的接收功率成比例；然后利用電磁輻射近似和區(qū)域離散化技術(shù)，把無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)中魯棒安全的電能傳輸問題公式化為經(jīng)典的二階錐規(guī)劃，并提出首個消除二階錐約束冗余的算法，進而降低計算開銷，得到一個(1?ε)?近似比的集中式算法；最后提出一個隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模可擴展的(1?ε)?近似比的分布式算法。本發(fā)明首次在無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于電磁輻射抖動研究無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)中無線電能傳輸魯棒安全的充電問題，軟件仿真和實際實驗都顯示其性能優(yōu)于比較算法480.19％。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)的電能傳輸領(lǐng)域，更具體的說，是在無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)中，保證電能傳輸魯棒性及安全性的方法。
背景技術(shù)
無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)中的無線電能傳輸(Wireless Power Transmission)技術(shù)是指無線電能傳輸器通過氣隙傳遞能量到可充電傳感器，由于其具有沒有布線，可靠而易于維護等優(yōu)點，這項技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)界和學術(shù)圈都引起了越來越多的關(guān)注。然而，無線電能傳輸通常會產(chǎn)生較高的電磁輻射(Electro Magnetic Radiation)，進而導致人體組織損傷、腦瘤、流產(chǎn)、而且對兒童風險比成人還要高10倍的損害。因此，這是無線電能傳輸技術(shù)的一個關(guān)鍵問題，以避免電磁輻射暴露造成的人類健康損害。
圖1顯示出，一個無線可充電傳感器的傳感器節(jié)點與現(xiàn)有的一個Powercast 公司生產(chǎn)的TX91501電力發(fā)射器測量固定距離在0.5米到1.8米之間時，其充電功率與電磁輻射成正比，但可充電傳感器設(shè)備接收到的能量并非恒定，而是在一定范圍內(nèi)變化；圖2顯示了距離為0.9m的充電功率直方圖。我們可以看出，充電功率的分布基本上與高斯分布相匹配，安德森-達林測試和柯爾莫諾夫-斯米爾諾夫檢驗二者的定量評價也進一步支持這種觀察結(jié)果，而造成以上結(jié)果的原因是無線電能傳輸引起的電磁輻射的抖動現(xiàn)象。本質(zhì)上，電磁輻射抖動主要是由于多路徑傳播所引起的衰減效應(yīng)、障礙物的遮擋等原因，從而，產(chǎn)生的電磁輻射實際是多個拷貝的疊加，因為每一個傳輸?shù)男盘柋闅v不同的衰減，延遲和相移不同的路徑，從而產(chǎn)生正面加強或負面抵消的影響。因此，我們認為大多數(shù)現(xiàn)有的無線充電方案保證的傳統(tǒng)電磁輻射安全，所謂的確定性電磁輻射安全并非足夠，也就是說，任何地方的電磁輻射強度預期都不應(yīng)超過閾值Rt，因為很可能會有地方電磁輻射超出閾值Rt且相應(yīng)的概率可以高達50％；傳統(tǒng)的方案無法區(qū)分不同的抖動振幅和相同的平均值，這兩者的利害水平是完全不同的。當然有人可能會說，為什么不把歷史上觀察到的最大的電磁輻射作為一個新的“最大電磁輻射模型”，并直接使用現(xiàn)有的方案來確保確定性的安全性呢？我們的答案是否定的，首先，由于電磁輻射的概率性，永遠不能保證未來最大的電磁輻射不能超過歷史上的最大電磁輻射；與之相反，基于建立在歷史數(shù)據(jù)上的概率模型對未來進行預測更為合適。再者，人類瞬時或短期電磁輻射的最大可承受強度比平均可承受的電磁輻射高得多。以歐洲ICNRP標準和《中國規(guī)范GB8702-2014》的標準為例，所允許的瞬時電場強度為允許的長期最大值的32倍，因此，偶爾違反傳統(tǒng)的電磁輻射閾值是可以接受的。最后，傳統(tǒng)解決方案在實際應(yīng)用中可能過于保守而無法滿足實際應(yīng)用，因為更嚴格的電磁輻射約束需要功率更低的電能傳輸器調(diào)度方案，從而產(chǎn)生更低的充電效用。因此，為了更好地描述電磁輻射安全程度的概率性質(zhì)，我們提出概率性電磁輻射安全要求的概念，要求任一點電磁輻射強度不超過閾值Rt的概率不少于某個給定的置信度η(0＜η≤1)。
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