[發(fā)明專利]一種基于單對(duì)多充電技術(shù)的移動(dòng)充電車路徑規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810637296.6
• 申請(qǐng)日: 2018-06-20
• 公開（公告）號(hào): CN109511150B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張帆;張杰;錢玉潔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類號(hào): H04W40/02
• 分類號(hào): H04W40/02;H04W40/10;H04W84/18;H04B5/00;G06Q10/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 丁濤

本發(fā)明公開了一種基于單對(duì)多充電技術(shù)的移動(dòng)充電車路徑規(guī)劃方法，通過(guò)多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的互相交充電范圍的?？奎c(diǎn)選擇算法選擇所有單對(duì)多充電的?？奎c(diǎn)；通過(guò)孤立傳感器節(jié)點(diǎn)的?？奎c(diǎn)選擇算法選擇所有單對(duì)單充電的停靠點(diǎn)；單對(duì)多與單對(duì)單?？奎c(diǎn)共同構(gòu)成移動(dòng)充電車的停靠點(diǎn)集合；移動(dòng)充電車的最短充電路徑即為以服務(wù)站節(jié)點(diǎn)為起止點(diǎn)，遍歷所有?？奎c(diǎn)的最短哈密爾頓回路。本發(fā)明節(jié)約充電時(shí)間，縮短移動(dòng)充電車的行駛路徑，降低行駛能耗，提高充電效率和充電規(guī)劃的可擴(kuò)展性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于單對(duì)多充電技術(shù)的移動(dòng)充電車路徑規(guī)劃算法，屬于無(wú)線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)的充電規(guī)劃領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳感器節(jié)點(diǎn)體積較小，所攜帶的電池電量有限，且傳感器網(wǎng)絡(luò)中普遍存在節(jié)點(diǎn)能耗不均衡現(xiàn)象。因此，能量問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)際部署和應(yīng)用中所要克服的重要性能瓶頸。目前，針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的能量問(wèn)題，主要有四種解決方案，即節(jié)能方案、人工更換電池方案、能量收集技術(shù)、無(wú)線充電技術(shù)。節(jié)能方案可通過(guò)睡眠調(diào)度、低功耗MAC(Media Access Control)協(xié)議、移動(dòng)基站、數(shù)據(jù)融合等方式減少傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗，卻無(wú)法補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)所消耗的能量，且犧牲了一定的網(wǎng)絡(luò)性能，如增加通信延遲、減少傳輸可靠性等；人工更換電池方案僅僅適用于小規(guī)模且節(jié)點(diǎn)可觸及的傳感器網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，頻繁的更換電池將耗費(fèi)大量的人力物力成本；而能量收集技術(shù)則需要傳感器節(jié)點(diǎn)配有較大的能量轉(zhuǎn)換器，能量轉(zhuǎn)換效率低，且該方法受環(huán)境的影響很大，具有很強(qiáng)的不穩(wěn)定性和不可控制性；因此，為保證傳感器網(wǎng)絡(luò)持久有效的工作，采用無(wú)線充電技術(shù)來(lái)為網(wǎng)絡(luò)提供持續(xù)、穩(wěn)定的能量補(bǔ)充服務(wù)，即利用移動(dòng)充電車為任意傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行周期性無(wú)線充電?；诓煌墓ぷ髟?，無(wú)線充電技術(shù)可分成三類，即電感耦合、電磁輻射、磁共振耦合，其中，磁共振耦合技術(shù)由于其高能量傳輸效率(米級(jí))、無(wú)需對(duì)準(zhǔn)、全方向、允許阻擋以及不受環(huán)境影響等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于無(wú)線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于單對(duì)多充電技術(shù)的移動(dòng)充電車路徑規(guī)劃算法，節(jié)約充電時(shí)間，縮短移動(dòng)充電車的行駛路徑，降低行駛能耗，提高充電效率和充電規(guī)劃的可擴(kuò)展性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于單對(duì)多充電技術(shù)的移動(dòng)充電車路徑規(guī)劃算法，具體步驟如下：

步驟一：給定一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)集合N，所述傳感器節(jié)點(diǎn)集合N中每個(gè)節(jié)點(diǎn)N_i存在一個(gè)相應(yīng)的以N_i為圓心、移動(dòng)充電車的充電范圍R為半徑的圓C_i，這些圓構(gòu)成一個(gè)集合C，移動(dòng)充電車在每一輪充電調(diào)度中都是從服務(wù)站節(jié)點(diǎn)出發(fā)，對(duì)所有的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電，充電結(jié)束后返回服務(wù)站節(jié)點(diǎn)，服務(wù)站節(jié)點(diǎn)位置固定，若圓C_i與圓C_j相交，則稱這兩個(gè)圓為相交圓，并將圓心N_i與N_j歸于相同的組，以此類推，多個(gè)圓相交則各自對(duì)應(yīng)的圓心歸為一組；如果圓C_k與集合C中的其他任意一個(gè)圓都不相交，則稱C_k為孤立圓，并將孤立圓的圓心N_k單獨(dú)歸于一組；

步驟二：相交圓之間的重疊區(qū)域內(nèi)，根據(jù)相交圓各自對(duì)應(yīng)的圓心的坐標(biāo)求出重疊區(qū)域的質(zhì)心，并將該質(zhì)心作為這一組相交圓的?？奎c(diǎn)；

步驟三：對(duì)于孤立圓C_k，從距離圓心N_k最近的相交圓的?？奎c(diǎn)找出與孤立圓C_k相切的兩條直線，得到兩個(gè)切點(diǎn)k和k’，之后選擇離服務(wù)站節(jié)點(diǎn)近的切點(diǎn)為孤立圓C_k的?？奎c(diǎn)；

步驟四：相交圓和孤立圓的?？奎c(diǎn)共同構(gòu)成移動(dòng)充電車的停靠點(diǎn)集合，隨后，通過(guò)遺傳算法將移動(dòng)充電車的充電路徑設(shè)置為以服務(wù)站節(jié)點(diǎn)為起止點(diǎn)、遍歷所有?？奎c(diǎn)的最短哈密爾頓回路。

優(yōu)選地，所述步驟二中質(zhì)心的計(jì)算方法如下：

設(shè)N₀～N_i的質(zhì)心坐標(biāo)為(x，y)，其中，