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专利号: 2022100248406
申请人: 高振国
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种方向性无线充电车的传感网充电调度算法,其特征在于:包括以下步骤:

步骤1:指向性充电车调度问题构造,首先给定一个方向性的充电车指向范围角度Ω,方向性充电车初始能量eB0,充电车能量下限eL0,移动速度v(m/s),移动单位长度消耗的能量(J/m),初始位置X0,以及给定的N个静态充电节点之间位置U,节点能量下限eLi、节点初始能量eBi、节点能量需求eEi、节点能量传输功率Pi,其中i=1,2,…,N,最后寻找一个最佳的调度s,使得所有充电节点都满足能量需求,且总损失 最小,而且满足需求所用的总时间τ最短;

步骤2:对充电调度方向性问题进行分解;

步骤3:方向性充电车分解,对方向性充电车所处的不同充电节点Xi和充电车能量传输功率P的不同,其可传输能量的范围也会不同,对于每一个范围内所有无线传感网节点数目q,根据充电车可以传输的方向性的夹角构造出不同的虚拟节点,虚拟节点的数目与传输范围内所有的节点数目正相关,且至多有q个虚拟节点;

步骤4:对ERD‑Egy子问题进行分析,进一步与静态网络的能量再分配过程相统一;

步骤5:解决ERD‑Egy传输造成的能量损失最小化子问题,利用LP求解器可以最优的解决传输造成的能量损失问题;

步骤6:解决方向性无线充电车的调度问题,利用求解算法获得充电车的移动路径、移动能耗和移动时间,然后把步骤4和步骤5结合;

步骤7:分析和解决ERD‑Time问题,首先给定一个方向性的充电车的移动路径、移动能耗和移动时间,以及给定的N个静态充电节点之间位置U,节点能量下限eLi、节点初始能量eBi、节点能量需求eEi、节点能量传输功率Pi,然后找到一个最佳调度s,使得调度过程的时间跨度τ最小,最后通过选择待发送能量节点间,当前能量最大的节点,并且要求在每一个节点发送能量时,其邻居节点都没有发送能量,循环该过程,直到所有节点完成其最佳时间长度。

2.根据权利要求1所述的一种方向性无线充电车的传感网充电调度算法,其特征在于:

在步骤1中,模型包含N个静态充电节点的无线传感网络,能量传输矩阵C中的元素c(i,j)表示从节点ui到节点uj的能量传递系数,该系数所受影响包括节点间距离、环境、硬件和收集能量时的能量消耗,能量传输系数是非负的,如果两节点ui和uj的能量传递系数存在c(i,j)+c(j,i)>0,或者ui与uj为一个充电节点拆分出的虚拟节点,则ui,uj两节点是邻接节点。

3.根据权利要求1所述的一种方向性无线充电车的传感网充电调度算法,其特征在于:

充电集合X={x1,x2,...,xm}中的每一个元素xi表示一个固定的充电位置的坐标,并且步骤

1中的调度矩阵S={s1,s2,...,sk}表示包含k个调项度,第i个调度集合中元素si=(τi,Si,Ri)表示在集合Si中的节点,包含虚拟节点和无线传感网节点在时间τi内向集合Ri中的节点传输能量。

4.根据权利要求1所述的一种方向性无线充电车的传感网充电调度算法,其特征在于:

在步骤2中,对方向性充电车调度问题、能量再分配的能量损失最小化问题ERD‑Egy、能量再分配的时间最小化问题ERD‑Time进行分解。

5.根据权利要求2所述的一种方向性无线充电车的传感网充电调度算法,其特征在于:

在步骤3中,先构造静态充电节点集合V={v1,v2,...vm}为充电节点,有着一定可以传输角度和传输范围的充电车在确定的充电节点处根据可传输范围内的无线传感网节点数目q,以范围内每个传感网节点和为充电节点的连线为角平分线可以把一个充电节点分为q个虚拟节点,其位置与充电节点在空间中的位置相同,可传输到的节点之间的传输效率要求一致,且由一个充电节点拆出的不同虚拟节点之间的传输效率为0。

6.根据权利要求1所述的一种方向性无线充电车的传感网充电调度算法,其特征在于:

在步骤4中,经过分析,首先将每个充电节点和根据方向性无线充电车的放电过程转化为无线传感网络的能量再分配过程,充电车的指向性问题转换为仅与可充电范围内的节点的能量传输系数为正,进一步与静态网络的能量再分配过程相统一,且ERD‑Egy问题是能量传输造成的能量损失最小化和充电车移动造成的能量损失最小化两个子问题的统一。

7.根据权利要求1所述的一种方向性无线充电车的传感网充电调度算法,其特征在于:

在步骤6中,采用逐个比较的方法,按照移动路径所经过的节点数目为循环次数,每次删掉经过的一个充电位置,同时删除该充电位置衍生的所有虚拟节点,计算在每个虚拟节点和无线传感网节点的能量传输满足步骤5求得的时间长度的情况下,充电结束后的能量总损失,若删除充电节点可以使能量损失最小化,则在分析调度序列时不考虑该节点生成的虚拟节点;循环后可以获得各个节点的能量传输最佳时间长度,使得充电过程完成后,能量损失最小。

8.根据权利要求1所述的一种方向性无线充电车的传感网充电调度算法,其特征在于:

在步骤7中,ERD‑Time问题的核心是给定已获得的时间长度列表t、充电车移动路径和移动时间,和冲突图G(V,E),目标是找到具有最小时间跨度的能量调度序列,使得总调度的时间跨度最小,然后依次选择待发送能量节点中,当前能量最大的节点,并且利用冲突图G(V,E)将冲突节点置于能量接收状态,以此产生一个调度集合中元素。

9.根据权利要求1所述的一种方向性无线充电车的传感网充电调度算法,其特征在于:

若充电车处于移动过程中,确定调度集合中元素发送节点集合的步骤如下:(a1)将U中需要发送能量的节点中当前能量最大的节点加入到发送节点集合;(a2)将(a1)中新加入的节点的邻居节点和虚拟节点的原节点产生的其余虚拟节点加入到邻居节点集合;(a3)重复(a1)(a2)直到没有待分配的需要发送能量的节点。

10.根据权利要求1所述的一种方向性无线充电车的传感网充电调度算法,其特征在于:调度集合中元素的时间长度是以下四个时间的最小值:(c1)节点未调度时间长度变成0的最短时间;(c2)节点达到其节点能量下限的最短时间;(c3)充电车到达下一个充电位置的剩余时间;(c4)充电车在当前位置当前方向剩余充电时间。