[发明专利]一种基于单对多充电技术的移动充电车路径规划方法

说明书

本发明公开了一种基于单对多充电技术的移动充电车路径规划方法，通过多个传感器节点的互相交充电范围的停靠点选择算法选择所有单对多充电的停靠点；通过孤立传感器节点的停靠点选择算法选择所有单对单充电的停靠点；单对多与单对单停靠点共同构成移动充电车的停靠点集合；移动充电车的最短充电路径即为以服务站节点为起止点，遍历所有停靠点的最短哈密尔顿回路。本发明节约充电时间，缩短移动充电车的行驶路径，降低行驶能耗，提高充电效率和充电规划的可扩展性。

技术领域

本发明涉及一种基于单对多充电技术的移动充电车路径规划算法，属于无线可充电传感器网络的充电规划领域。

背景技术

传感器节点体积较小，所携带的电池电量有限，且传感器网络中普遍存在节点能耗不均衡现象。因此，能量问题已经成为当前无线传感器网络实际部署和应用中所要克服的重要性能瓶颈。目前，针对传感器网络中的能量问题，主要有四种解决方案，即节能方案、人工更换电池方案、能量收集技术、无线充电技术。节能方案可通过睡眠调度、低功耗MAC(Media Access Control)协议、移动基站、数据融合等方式减少传感器节点的能耗，却无法补偿节点所消耗的能量，且牺牲了一定的网络性能，如增加通信延迟、减少传输可靠性等；人工更换电池方案仅仅适用于小规模且节点可触及的传感器网络，同时，频繁的更换电池将耗费大量的人力物力成本；而能量收集技术则需要传感器节点配有较大的能量转换器，能量转换效率低，且该方法受环境的影响很大，具有很强的不稳定性和不可控制性；因此，为保证传感器网络持久有效的工作，采用无线充电技术来为网络提供持续、稳定的能量补充服务，即利用移动充电车为任意传感器节点进行周期性无线充电。基于不同的工作原理，无线充电技术可分成三类，即电感耦合、电磁辐射、磁共振耦合，其中，磁共振耦合技术由于其高能量传输效率(米级)、无需对准、全方向、允许阻挡以及不受环境影响等优势，广泛应用于无线可充电传感器网络。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种基于单对多充电技术的移动充电车路径规划算法，节约充电时间，缩短移动充电车的行驶路径，降低行驶能耗，提高充电效率和充电规划的可扩展性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于单对多充电技术的移动充电车路径规划算法，具体步骤如下：

步骤一：给定一个传感器节点集合N，所述传感器节点集合N中每个节点N_i存在一个相应的以N_i为圆心、移动充电车的充电范围R为半径的圆C_i，这些圆构成一个集合C，移动充电车在每一轮充电调度中都是从服务站节点出发，对所有的传感器节点进行充电，充电结束后返回服务站节点，服务站节点位置固定，若圆C_i与圆C_j相交，则称这两个圆为相交圆，并将圆心N_i与N_j归于相同的组，以此类推，多个圆相交则各自对应的圆心归为一组；如果圆C_k与集合C中的其他任意一个圆都不相交，则称C_k为孤立圆，并将孤立圆的圆心N_k单独归于一组；

步骤二：相交圆之间的重叠区域内，根据相交圆各自对应的圆心的坐标求出重叠区域的质心，并将该质心作为这一组相交圆的停靠点；

步骤三：对于孤立圆C_k，从距离圆心N_k最近的相交圆的停靠点找出与孤立圆C_k相切的两条直线，得到两个切点k和k’，之后选择离服务站节点近的切点为孤立圆C_k的停靠点；

步骤四：相交圆和孤立圆的停靠点共同构成移动充电车的停靠点集合，随后，通过遗传算法将移动充电车的充电路径设置为以服务站节点为起止点、遍历所有停靠点的最短哈密尔顿回路。

优选地，所述步骤二中质心的计算方法如下：

设N₀～N_i的质心坐标为(x，y)，其中，