[發(fā)明專利]一種基于成本最小化的空洞緩解移動充電方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN113036841B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳肖依;沙超;黃秋瑤;劉權(quán)
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J50/00;H04W84/18
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 邵斌

本發(fā)明公開了無線充電技術(shù)領(lǐng)域的一種基于成本最小化的空洞緩解移動充電方法及系統(tǒng)，包括：將發(fā)出充電請求的節(jié)點加入請求充電服務(wù)池，按編號由小到大排序；篩選請求充電服務(wù)池中的節(jié)點來構(gòu)建充電候選集；對未能加入充電候選集的阻塞節(jié)點進(jìn)行挽救，若挽救成功，則將其按編號加入充電候選集；沿著充電候選集中的各節(jié)點所構(gòu)建的路徑移動并依次為各節(jié)點進(jìn)行充電；當(dāng)收到新的節(jié)點發(fā)出的充電請求時，判斷是否可加入本輪充電所對應(yīng)的充電候選集；若可以，則將其按對應(yīng)的節(jié)點編號由小到大順序加入，若不可以，則將此節(jié)點的充電請求留待下一輪處理。達(dá)到充電成本和移動成本之間的平衡，使得死亡節(jié)點數(shù)最少，降低了充電總成本，實現(xiàn)死亡節(jié)點數(shù)最少化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線充電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于成本最小化的空洞緩解移動充電方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

無線傳感網(wǎng)(Wireless Sensor Networks,WSNs)作為信息獲取的重要渠道得到廣泛的關(guān)注，但隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的日益壯大，網(wǎng)絡(luò)中能量空洞的問題也日益突出。針對該問題，有能量收集、優(yōu)化路由、壓縮融合數(shù)據(jù)和無線充電等解決方案，前三種解決方案存在各自的局限性，而無線充電技術(shù)的引進(jìn)通過及時補充傳感器節(jié)點的能量，在很大程度上緩解了能量空洞問題。而這其中，如何提升WCV(無線充電小車，Wireless Charging Vehicle)的能量利用率和網(wǎng)絡(luò)的生命期更是研究的熱點，合理的路徑規(guī)劃方案能夠使得網(wǎng)絡(luò)持久運行下去。現(xiàn)有技術(shù)中都是基于接觸式充電的TSP問題來進(jìn)行優(yōu)化，這意味著WCV需移動至各節(jié)點所在位置處為其充電，這雖然保證了充電效率，但同時意味著WCV的移動距離較長，可能會導(dǎo)致部分節(jié)點因無法及時被充電而失效。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種基于成本最小化的空洞緩解移動充電方法及系統(tǒng)，達(dá)到充電成本和移動成本之間的平衡，使得死亡節(jié)點數(shù)最少，盡可能降低了充電總成本和實現(xiàn)死亡節(jié)點數(shù)最少化。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種空洞緩解移動充電方法，包括：將發(fā)出充電請求的節(jié)點加入請求充電服務(wù)池，按編號由小到大排序；篩選請求充電服務(wù)池中的節(jié)點來構(gòu)建充電候選集；對未能加入充電候選集的阻塞節(jié)點進(jìn)行挽救，若挽救成功，則將其按編號由小到大加入充電候選集；沿著充電候選集中的各節(jié)點所構(gòu)建的路徑移動并依次為各節(jié)點進(jìn)行充電；當(dāng)收到新的節(jié)點發(fā)出的充電請求時，判斷是否可將該請求加入本輪充電所對應(yīng)的充電候選集；若可以，則將其按對應(yīng)的節(jié)點編號由小到大順序加入，若不可以，則將此節(jié)點的充電請求留待下一輪處理。

進(jìn)一步地，所述編號是各節(jié)點在TSP路徑中分配得到的，其分配方法包括：設(shè)網(wǎng)絡(luò)的長和寬分別為M和L，基站位于網(wǎng)絡(luò)中心；網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點隨機(jī)均勻部署，節(jié)點總數(shù)為N，每個節(jié)點初始能量為E且自身位置已知，WCV初始停留在基站；構(gòu)造包含網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點的一條路徑—TSP路徑，并且沿TSP路徑為每個節(jié)點分配一個編號，編號集合為{π₀,π₁,π₂......π_N}，記π_i為TSP路徑上第i個節(jié)點，其中基站為π₀，編號大小有π_iπ_i+1。

進(jìn)一步地，所述篩選請求充電服務(wù)池中的節(jié)點來構(gòu)建充電候選集，包括：

計算請求充電服務(wù)池內(nèi)各節(jié)點的最大充電容忍延遲具體為：

其中，為第i個節(jié)點在t時刻的剩余能量，為第i個節(jié)點的能耗率，為第i個節(jié)點發(fā)出充電請求的時刻，t為當(dāng)前時刻；

計算請求充電服務(wù)池內(nèi)各節(jié)點的充電等待時間具體為：

其中，為WCV從基站移動到第1個節(jié)點充電位置的所需時間，為WCV從第k-1個節(jié)點充電位置移動到第k個節(jié)點充電位置的所需時間，為WCV給第k-1個節(jié)點充至滿電量所需的時間；