[发明专利]一种移动受限的有向无线充电器布置方法

说明书

一种移动受限的有向无线充电器布置方法，包括充电问题形式化阶段、充电功率近似和充电功率等效子区域构造阶段、构造MCS等效子区域阶段、候选布置位置提取阶段、问题重构和求解阶段，其中：充电问题形式化阶段，首先提出网络模型、移动模型和充电模型，其次提出充电效用模型，然后形式化移动受限的有向无线充电器布置问题；充电功率近似和充电功率等效子区域构造阶段，使用分段常数函数近似非线性充电功率，从而将2D区域Ω划分为多个充电功率等效子区域；构造MCS等效子区域阶段，表示充电器覆盖的极大设备集，将候选布置位置的无限解空间约简到有限位置，并将PILOT转换为混合整数非线性规划问题。以基于线性规划的贪心算法解决该问题。

技术领域

本发明涉及移动充电器布置问题领域，具体而言涉及一种移动受限的有向无线充电器布置方法PILOT(Placing directional wIreless chargers with LimitedmObiliTy)。

背景技术

无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)技术近年来取得了巨大的发展，引起了学术界和工业界越来越多的关注。例如，Dialog在2016年11月投入了1000万美元，2017年6月增加了1500万美元用于加快无线充电的应用。无线充电联盟(Wireless PowerConsortium，WPC)制定了Qi标准，这是一种开放接口标准，定义了基于感应式充电的无线电能传输。其已成为真正的无线充电标准，具有无需电源线和随时随地可充电的优势，已经应用于酒店、餐馆、机场等。

在典型WPT系统中，无线充电器可以通过无线电将功率传输到多个可充电设备。在实际中，由于无线充电器成本高、有效充电距离有限(例如，Powercast生产的TX91501无线充电器有效充电距离小于5m)以及给内置电池或电容的可充电设备充电时的延迟容忍，许多应用建议把移动无线充电器安装在可旋转磁头或支架、机器人、无人机和船上等，为可充电设备充电，以提高充电效率、灵活性和可靠性等。然而，典型应用中移动充电器的移动性存在固有限制。例如，安装在可旋转磁头上的无线充电器无法移动，配有充电器的无人机因其飞行时间有限只能在以基站为中心的有限区域里巡航。这种移动性的限制自然会影响充电器所覆盖的设备集合和充电效率。因此，理想的移动充电器布置方案应该同时考虑所有充电器在移动性约束下的布置位置选择和移动充电规划，以最大化整体充电效率。

据我们所知，我们第一个研究移动充电器的布置问题，这与现有工作研究的静态无线充电器布置和移动充电完全不同。此外，移动受限的传感器布置问题是最接近我们的问题之一，然而几乎与其相关的所有工作都着重于提高覆盖性能，且这些工作研究的问题是线性和几何的，与本文工作有本质上的区别。

因此，提供了一种移动受限的有向无线充电器布置方法PILOT(Placingdirectional wIreless chargers with Limited mObiliTy)。在我们考虑的场景中，无线充电器和可充电设备都安装了有向天线。可充电设备分布在2D平面上，位置和方向已知。每个无线充电器可以放在所谓的布置位置，在以布置位置为中心的有限区域内移动，选择任意数量的停止位置和方向，称为停止策略，给设备充电的时长可以是整个充电周期的任意比例。和整个充电时长相比，充电器的移动时间和旋转时间可以忽略不计，并且在移动或旋转时停止充电。此外，我们定义了充电效用，用于衡量充电效率，其与设备的平均接收功率呈正相关。形式化描述即，给定一组分布在2D平面上的设备和一定数量的充电器，PILOT问题是确定所有充电器的布置位置、停止策略和充电时长，使得所有设备的整体充电效用最大化。

发明内容