[发明专利]一种面向移动设备的充电调度方法及装置

说明书

本发明提供一种面向移动设备的充电调度方法及装置，所述方法包括以下步骤：构建网络模型及充电模型，根据所述网络模型及充电模型，构建所有可充电设备的充电效用最大化的问题模型；对可充电设备的充电功率进行分段常数近似处理，对所述可充电设备的移动路径进行离散化处理，对充电效用进行近似处理；对所有可充电设备的充电效用最大化的问题模型进行重构和求解；对充电调度问题的变种问题进行求解。根据本发明的方案，为可充电传感器网络设计高效、稳定、适用的充电调度方法，为现代无线可充电传感器网络的广泛部署和持续运行提供有力支撑。

技术领域

本发明涉及移动设备的充电领域，尤其涉及一种面向移动设备的充电调度方法及装置。

背景技术

随着无线通信和无线射频识别技术的快速发展，以感知识别为基础的无线传感器网络在现代信息社会中扮演着越来越重要的角色。通过在不同位置大量部署功能强大的传感器节点，以无线通信的方式形成多跳自组织网络，可以完成环境感知、无线数据传输和智能化数据处理等关键任务。随着无线传感器的广泛应用，业界对传感网络的长期和稳定运行提出了更高的要求。特别的，大量网络结点将进入人类不易接近的位置（如含有毒害物质的空间），传统的网络节点电池更换方式将变得很难适用，能量供应障碍问题日益突出。

近年来，以无线射频充电、磁谐振耦合为代表的无线能量传输技术得到极大的突破和发展，传感器节点逐渐被可充电传感器节点代替，能量可以通过无线方式给传感器充电，组成无线可充电传感器网络(WRSN)，从而适用于更加复杂和恶劣的应用环境。

无线可充电传感器网络的充电规划，将有助于提升网络节点的续航能力，有效解决节点能量供应障碍问题，具体包括部署无线充电器位置、调节无线充电器发送功率、方向角度等，或是调度携带充电能量源的移动充电器的移动路线等方式，已达到合理资源配置、提高能源利用率、节省经济成本的目的。

目前无线可充电传感器网络中在充电规划方面有不少研究成果，现有研究大多考虑基于静态无线充电器的网络调度方法。静态无线充电器的网络调度主要指在可充电传感器网络中使用位置固定的能量源作为充电器为节点供能（如基于电磁辐射充电的基站和专业充电桩），通过调度充电器位置、调节无线充电器发送功率、方向角度等优化网络充电效用。

美国天普大学吴杰老师团队研究了在候选位置部署固定充电桩和调节充电功率问题，考虑到充电桩有一定的充电覆盖范围，在充电覆盖的传感节点可以累积获得与充电桩距离相关的能量，基于拟阵理论提出了一种最大化网络节点能量效用的调度方案。德克萨斯南方大学在圆盘充电模型下提出了一种满足一定数量节点充电需求的充电器数目最小化方案。印度安那大学提出了一种多贝西小波的方法来解决充电器最小化部署部署问题。香港理工大学曹建农老师团队考虑到多充电器同时工作时因射频干扰而导致的非线性叠加问题，从而提出了充电睡眠-唤醒调度方案。美国石溪大学结合太阳能和无线充电技术，提出一种混合充电结构，通过合理选择网络的簇头节点用于部署太阳能板，而其余节点通过无线充电方式供能，从而转化成一个太阳能板优化部署问题，使得网络总能量损耗最小，保证了网络的负载能量平衡。南京大学戴海鹏老师专门就充电电磁辐射对人体安全方面进行了深入研究，通过调度充电器打开/关闭状态，调节功率以及优化充电器部署位置，保证区域内每个位置的辐射量在一定的受限范围内，设计相应的近似算法以提高充电效用。除此之外，他们还进一步考虑了充电的方向性和充电器连接限制下的充电角度问题等。

例如，如图1所示的调度充电器位置、调节无线充电器发送功率、方向角度等优化网络充电效用方法；图1展示了充电效用优化问题的一种通用算法设计的内部逻辑，主要先使用充电区域分割技术将无限大的侯选位置限制在有限数量的子区域中。其次，考虑到可充电设备的接收充电效用和距离以及角度有关，使用如图2的基于距离分段或角度分片的充电效用离散化技术，如图3的定义方向充电模型，并界定充电效用误差。为此，结合子模、拟阵理论并通过数学分析证明，原始充电效用优化问题可以转换成子模函数最大化问题，从而设计高效的近似算法并获得很好的近似最优解。