[發(fā)明專利]無(wú)線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種帶檔位充電器的布置方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010212663.5
• 申請(qǐng)日: 2020-03-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111432416B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐佳;蔡威;徐力杰;胡蘇怡;吳思徐;周凱軍;張佳壘;魯蔚鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W16/18
• 分類(lèi)號(hào): H04W16/18;H04W52/28;H04W84/18;H02J7/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種帶檔位充電器布置方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)根據(jù)帶檔位無(wú)線充電器的充電模型，提出在給定充電功率情況下，最大化網(wǎng)絡(luò)整體充電效用的無(wú)線充電器布置問(wèn)題，包含以下步驟：

(11)定義有N個(gè)可充電傳感器隨機(jī)布置在一個(gè)二維區(qū)域Ω，標(biāo)記為O＝{o₁，o₂，...，o_N}，可充電傳感器的位置是已知的；定義有待布置的M個(gè)無(wú)線充電器布置在區(qū)域Ω中，標(biāo)記為S＝{s₁，s₂，...，s_M}，每個(gè)無(wú)線充電器有L個(gè)不同的功率檔位；每個(gè)無(wú)線充電器能夠覆蓋O中任意一個(gè)子集，將能夠覆蓋相同可充電傳感器的無(wú)線充電器定義為相鄰充電器；

(12)用p_i表示無(wú)線充電器s_i的功率，1≤i≤M，在不失一般性的前提下，定義每個(gè)充電器的功率為：

p_i＝h_i*p_min

其中，h_i∈{1，2，...，L}是充電器s_i的可調(diào)節(jié)功率檔位，p_min是相鄰兩個(gè)檔位之間的恒定功率差距；

建立帶檔位的充電模型，即通過(guò)如下公式模型得到可充電傳感器o_j從無(wú)線充電器s_i接收的功率P(s_i，o_j)：

其中，α和β是由無(wú)線充電器和可充電傳感器的硬件以及環(huán)境決定的已知常數(shù)，d(s_i，o_j)表示無(wú)線充電器s_i到可充電傳感器o_j的歐式距離，D(h_i)是功率為h_i的無(wú)線充電器s_i的最大覆蓋距離；

當(dāng)可充電傳感器遠(yuǎn)離無(wú)線充電器時(shí)，無(wú)線充電器無(wú)法為可充電傳感器提供電量，令剛好充不到電的功率設(shè)置為p_th，即得到最大覆蓋距離：

給定常數(shù)p_th，無(wú)線充電器s_i的最大覆蓋半徑D(h_i)由h_i確定；

(13)當(dāng)一個(gè)可充電傳感器被多個(gè)無(wú)線充電器充電時(shí)，其獲得的功率是各無(wú)線充電器的功率總和，因此，在給定無(wú)線充電器放置的位置R和檔位分配H的情況下，可充電傳感器o_j接收到的總功率為：

給出充電效用的定義，可充電傳感器o_j在R和H下的充電效用為：

其中，c_p和P_w為預(yù)先設(shè)置的常數(shù)；

(14)給定功率預(yù)算B，在二維區(qū)域Ω任意位置部署無(wú)線充電器，調(diào)節(jié)無(wú)線充電器檔位以最大化網(wǎng)絡(luò)的整體充電效用；將無(wú)線充電器的部署問(wèn)題形式化為如下數(shù)學(xué)表達(dá)：

P1：

s.t.

(2)利用充電功率近似和區(qū)域離散化技術(shù)，將整個(gè)2D平面劃分為功率常數(shù)子區(qū)域，并通過(guò)枚舉所帶檔位的充電器，獲得每種檔位下無(wú)線充電器的候選布置集合，具體包含以下步驟：

(21)使用以下分段函數(shù)表示近似充電功率：

其中，表示距離為d的從可充電傳感器o_j到無(wú)線充電器s_i的近似充電功率，l(0)＝0，l(K)＝D，k＝1，2，3，...，K，K為正整數(shù)；d為d(s_i，o_j)的簡(jiǎn)寫(xiě)，D為D(h_i)的簡(jiǎn)寫(xiě)；

(22)以每個(gè)可充電傳感器o_j為圓心分別繪制半徑為l(1)，l(2)，...，l(K)的同心圓，這些可充電傳感器接收區(qū)域的圓圈將整個(gè)區(qū)域劃分為多個(gè)功率常數(shù)子區(qū)域，如果無(wú)線充電器位于相對(duì)于可充電傳感器o_j的半徑分別為l(k)和l(k+1)的兩個(gè)相鄰圓之間的任意點(diǎn)，則它覆蓋了o_j，并且o_j必須獲得完全相同的近似充電功率；

(23)不同功率檔位的無(wú)線充電器的區(qū)域離散有所不同，對(duì)于給定檔位的無(wú)線充電器，根據(jù)不同的充電參數(shù)將整個(gè)區(qū)域多次劃分為功率常數(shù)子區(qū)域，并進(jìn)一步考慮充電器與可充電傳感器之間的覆蓋關(guān)系，從而獲得不同檔位下的功率常數(shù)子區(qū)域；區(qū)域離散化后，將整個(gè)區(qū)域劃分多個(gè)功率常數(shù)子區(qū)域，第k檔充電器的區(qū)域離散得到子區(qū)域表示為通過(guò)對(duì)不同檔位的充電器進(jìn)行區(qū)域離散化，獲得L個(gè)子區(qū)域集，表示經(jīng)過(guò)離散化，設(shè)第i種位置和檔位的組合對(duì)應(yīng)的無(wú)線傳感器o_j的接收功率為該值由提前計(jì)算獲得，于是將無(wú)線充電器的部署問(wèn)題重新定義為：

P2：

s.t.

X∈I

其中，Y是Γ中滿足功率之和不大于功率預(yù)算B的子集，將所有這樣的子集組成集合，用I表示；目標(biāo)是從I中找出一個(gè)元素X，使得每一個(gè)可充電傳感器整體效用總和最大；

(3)在所有位置和檔位組合下，繼續(xù)遴選組合總充電功率不超過(guò)功率預(yù)算B下布置帶檔位無(wú)線充電器，從而達(dá)到最大網(wǎng)絡(luò)整體充電效用。