[發明專利]一種基于分時的可充式傳感網絡無線功率傳輸方法

在審

• 申請號: 202011118191.3
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112383893A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 劉貴云;蔣文俊;鐘曉靜;李君強;彭智敏;舒聰
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W16/18;H04W40/08;H04B7/185;H02J50/80;G06F17/15;H04W84/06;H04W84/18
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李君

本發明公開了一種基于分時的可充式傳感網絡無線功率傳輸方法，包括以下步驟：構建飛行基站輔助無線功率傳輸的傳感網系統；飛行基站通過通信信道向傳感網節點收發信息數據，并進行能量補償，得到接收功率；通過縮短飛行時間求得飛行基站的最優飛行軌跡；依據最優飛行軌跡，計算傳感網節點的數據流路由與能耗，得到能量耗費成本；通過接收功率和能量耗費成本獲得能量狀態特性；根據能量狀態特性，通過線性規劃方法最大限度地提高飛行基站休假時間與任務周期時間的比率，完成傳感網絡無線功率的傳輸；本發明通過聯合優化飛行基站在任務周期內的軌跡和地面用戶數據路由傳輸方式，最大化休假時間在周期中的比率，提升現代農業的精準農業作業效率。

技術領域

本發明涉及功率傳輸的研究領域，特別涉及一種基于分時的可充式傳感網絡無線功率傳輸方法。

背景技術

隨著數據流量的指數式迅猛膨脹，地面基站還面臨著部署成本高、難以部署等一系列問題，這樣的傳統基站部署難以滿足新形勢下帶來的問題。通過將通信設備安裝在空中UAV上，可以情況復雜地區用戶提供通信服務。與傳統的地面間通信，UAV通信有如下特點：一、UAV可以根據規劃快速部署；二、UAV 和地面用戶之間的通信信道是非視距信道，通信方式不受可視距的條件的約束；三、可操控的實時飛行性。

無線傳感網網絡在工業過程、智能電網、精準農業等領域應用比較寬廣。然而，農業種植中節點工作時間長、布置的范圍比較寬，導致節點常常能量短缺、可使用時間短等問題。所以，農業領域應用中要裝載大電量電池且勤更換，或配備對應的能量收集設備。然而，如果節點處于不好更換電池、收集有限能量的位置，那么能量采集設備就不能為節點提供可持續的能量。特別是在風沙較大的邊遠地區，由于容易被沙塵粘住，環境監測不適合采用太陽能充電技術或小型風力發電技術。地面飛行設備對節點的充電在許多研究中被提出^[17]-[20]。然而，在一些地區，如作物密集型農田和山區，地面飛行設備可能無法訪問或可能導致一些性能損失。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于分時的可充式傳感網絡無線功率傳輸方法，通過聯合優化UAV在任務周期內的軌跡和地面用戶數據路由傳輸方式，最大化UAV休假時間在周期中的比率，約束條件為UAV速度最大值以及UAV的平均發射功率約束；采用基于分時的模擬退火算法求得了UAV的優化軌跡，并接著求得了對應最優的懸停時間比率以及考慮了最大速度約束下的情形；最后，通過線性規劃方法，對目標函數的影響變量——節點能耗率進行優化，得到了滿足目標函數的節點數據路由，這里的UAV為飛行基站。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：

一種基于分時的可充式傳感網絡無線功率傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟：

構建飛行基站輔助無線功率傳輸的傳感網系統，傳感網節點廣泛分布在任務地面；

飛行基站通過通信信道在任務周期內向傳感網節點收發信息數據，并對傳感網節點進行能量補償，得到傳感網節點接收功率；

通過縮短飛行時間求得飛行基站的最優飛行軌跡；

依據最優飛行軌跡，計算傳感網節點的數據流路由與能耗，得到傳感網節點能量耗費成本；

通過傳感網節點接收功率和傳感網節點能量耗費成本獲得傳感網節點的能量狀態特性；

根據傳感網節點的能量狀態特性，通過線性規劃方法最大限度地提高飛行基站休假時間與任務周期時間的比率，完成傳感網絡無線功率的傳輸。

進一步地，所述任務周期包括飛行持續時間和休假時間；所述飛行持續時間為飛行基站從起飛到著陸的時間，所述休假時間為飛行基站進行自身檢查和充電的時間。

進一步地，所述傳感網系統模型通過通信信道對傳感網節點進行能量補償，得到傳感網節點接收功率，具體如下：