[發明專利]一種基于中繼充電模型最大化充電小車休息時間調度方法

有效

• 申請號: 201910429791.2
• 申請日: 2019-05-22
• 公開（公告）號: CN110248330B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 徐向華;馬輝;王然;程宗毛
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W4/40;H04W40/10;H04W40/20;H04W40/22;H04W84/18;G06Q10/04
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明提出了一種基于中繼充電模型最大化充電小車休息時間調度方法。采用的無線傳感網絡為：在一個感興趣的2D平面區域中，隨機部署了N個全向傳感器，一個服務基站和多跳充電小車；具體的步驟如下：步驟1：獲取傳感器節點的地理位置和剩余能量信息，計算每個傳感器節點的能量需求；步驟2：選擇充電小車的錨點和錨點的充電集合；步驟3：計算充電小車在每個錨點的充電時間；步驟4：為多輛充電小車規劃移動路徑；步驟5：執行錨點分裂操作。本發明采用基于充電效益和再優化的調度策略，縮短的充電延時，提升充電效率，從而能夠適用于傳感器部署稠密的無線傳感器網絡能量補充。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡領域，特別涉及一種基于中繼充電模型最大化充電小車休息時間調度方法。

背景技術

無線傳感器網絡是由眾多傳感器節點構成，傳感器節點具有數據感知、信息采集、信息處理和數據轉發的功能。由于傳感器節點造價低廉、部署方便、功能強大等特點，無線傳感器網絡有著眾多的應用場景，比如森林火災預防、地震監控和環境保護等。傳感器節點維持正常工作持續消耗能量。在過去的無線傳感器網絡中，每個傳感器節點一般配備一個能量有限且不可充電的紐扣電池。為了維持無線傳感器網絡持續正常工作，需要定期的為傳感器節點更換電池或重新部署新的傳感器。當網絡規模較大時，傳統以紐扣電池為能源的無線傳感器網絡有著很大的不便。伴隨電池技術的進步和無線充電技術的發展，無線傳感器網絡中充電優化方法研究成為一個熱點話題。

在現有的無線傳感器網絡充電優化方法研究中，學者大多關注于點對點和點對多點充電模型，如在《Making Sensor Networks Immortal:An Energy-Renewal ApproachWith Wireless Power Transfer》中，Yi Shi et.al通過充電小車對傳感器網絡點對點充電，最大化MC在基站中的休息時間比率。在《Multi-vehicle Coordination for WirelessEnergy Replenishment in Sensor Networks》中，Chong W et.al對傳感器網絡分區，把整個網絡根據地域分成多個層次，選取各層次代表節點，然后分配MC對網絡充電，以最大化充電效率。在《A Study on Wireless Charging for Prolonging the Lifetime ofWireless Sensor Networks》中，Weijian Tu et.al通過優化充電時間和充電小車移動路徑，以最大化網絡的生命周期。在《Multi-Node Wireless Energy Charging in SensorNetworks》中，Xie Le et.al通過優化移動路徑，充電時間和數據路由來最大化充電小車的休息時間與充電周期的比率。通過離散化和重構線性化技術，可獲得任意精度下，可證明的近似最優解。

針對傳感器網絡中繼充電模型的無線充電問題，目前的研究較少。Cong W等人在《A Novel Framework of Multi-Hop Wireless Charging for Sensor Networks UsingResonant Repeaters》一文中，旨在研究最小化充電過程中的能量消耗，包括最小化充電消耗和最小移動消耗。作者首先提出了基于貪心的錨點選擇算法；然后，基于分解TSP為每輛充電小車規劃移動路徑；最后，通過插入新的錨點，進一步優化能量消耗。他們研究的問題與本發明不同，他們旨在研究最小化能量消耗。而本發明研究的則是如何在保證傳感器網持續運行的情況下，最大化充電小車在基站的休息時間。

發明內容

本發明提出了一種基于中繼充電模型最大化充電小車休息時間調度方法。首先，通過無線通信獲取每個傳感器節點的地理位置和剩余能量，計算傳感器節點的能量需求，并根據獲取的傳感器節點位置信息構建無線傳感器網絡的2D平面網絡。然后，為充電小車選擇錨點(充電小車停靠位置)并確定當前錨點的充電集合，充電小車停靠在錨點，為充電集合的傳感器節點充電并收集它們感知的數據。接著，根據充電集合中傳感器節點的能量需求計算充電小車在該錨點的充電時間。隨后，為充電小車規劃移動路徑。最后，執行充電集合分裂，從整體上進一步優化充電小車的休息時間。