一种降低物联网传感节点充电延迟的方法及系统的制作方法

文档序号:9924210阅读:408来源:国知局
一种降低物联网传感节点充电延迟的方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及物联网领域技术领域,特别设及一种降低物联网传感节点充电延迟的 方法及系统。
【背景技术】
[0002] 物联网设备的能量供应是物联网设计中考虑的重要因素之一。现有许多物联网的 传感节点都是由电池供电的,传感节点的寿命是由电池所携带的能量决定的。之前提出了 许多从坏境中获取能源的方案,但因为其高度依赖于环境W及充电装置相对于传感器节点 体积太大而不切实际。在无线能量传输技术领域,Kurs等人利用磁共振技术取得了重大突 破,实现了待充电设备无需与充电装置相连即可充电。
[0003] 提高充电效率,主要从内部微电子的设计W及对无线可充电节点的充电时间两方 面考虑。但现阶段,研究如何降低对传感节点的充电时间更切合实际。在实际应用中,一般 是考虑对物联网中的所有传感节点充电的总充电时间,并且需要保证每个传感节点所充电 的能量不小于阔值,W保证传感节点能实现感知、计算和通信功能。
[0004] 现阶段对物联网传感节点进行无线充电一般是采用RFID充电装置对传感节点进 行充电,是通过减少整个网络中的传感节点的充电时间而实现整个物联网性能的提升。在 实际中,RFID充电装置的成本比较高,为了节约成本,一般是需要用车载装置携带RFID充电 装置去给无线传感节点进行充电。充电功率和RFID充电装置与传感节点之间的距离有关。 RFID充电装置的位置W及所使用的个数会影响整个物联网的充电时间W及成本。
[0005] 因此,在一个设及对传感节点进行充电的物联网系统中,探寻无线充电装置的位 置W及最小的使用个数变得十分有意义,对降低物联网系统的成本W及充电时间有着重要 的影响,影响着物联网的性能和应用。

【发明内容】

[0006] 本发明目的是提供一种降低物联网传感节点充电延迟的方法及系统,解决现有技 术中存在的上述问题。
[0007] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
[000引一种降低物联网传感节点充电延迟的方法,包括如下步骤:
[0009] 步骤1,W对物联网中的所有传感节点充电的总充电时间为目标函数,W每个传感 节点所充电的能量不小于阔值为约束条件,构建总充电时间最小化的线性优化模型求解无 线充电装置的位置和个数;如果无解,则执行步骤2;反之,则执行步骤3;
[0010] 步骤2,根据无线充电装置的位置的变化对传感节点的充电功率的改变,缩小无线 充电装置的位置所处的范围,并结合所述线性优化模型再次求解无线充电装置的位置和个 数;
[0011] 步骤3,判断无线充电装置的个数是否超过预设个数;是,则执行步骤4;否,则结束 操作;
[0012] 步骤4,采用融合的方式,将无线充电装置的个数减少至预设个数。
[0013] 本发明的有益效果是:构建总充电时间最小化的线性优化模型,结合缩小无线充 电装置的位置所处的范围和融合的方式,获得无线充电装置的位置和个数;在无线充电装 置的个数不超过预设个数的同时,使总充电时间最小;并且大大降低了求解的复杂性。
[0014] 在上述技术方案的基础上,本发明还可W做如下改进。
[0015] 进一步,所述线性优化模型如下所示:
[0017]其中,所述T为所述总充电时间,所述t功任一无线充电装置的充电时间,所述PiJ 为所述任一无线充电装置对任一传感节点的充电功率,所述S为所述阔值,所述N为传感节 点的总数,厮:,巧:)为所述任一传感节点的位置坐标,W,A',')为所述任一无线充电装置的 位置坐标,所述a为所述任一无线充电装置对所述任一传感节点的充电功率的计算常数,所 述e为所述任一无线充电装置与所述任一传感节点距离的修正常数。
[0018] 进一步,所述步骤2的具体实现包括如下步骤:
[0019] 步骤21,构建包括所有传感节点的最小半径圆;
[0020] 步骤22,在所述最小半径圆中,W每个传感节点为圆屯、,W不同半径画圆弧,并使 无线充电装置在任一传感节点的相邻圆弧上对所述任一传感节点的充电功率相差预设值, 获取充电功率范围相同的重叠区域;
[0021] 步骤23,将无线充电装置的位置所处的范围缩小至所述重叠区域,并结合所述线 性优化模型再次求解无线充电装置的位置和个数。
[0022] 采用上述进一步方案的有益效果是,将无线充电装置的位置所处的范围缩小至充 电功率范围相同的重叠区域,降低缩小无线充电装置的位置所处的范围对总充电时间的延 长。
[0023] 进一步,所述步骤21的具体实现包括如下步骤:
[0024] 步骤211,选取不在同一直线上并位于边界的任意四个传感节点;
[0025] 步骤212,从所述任意四个传感节点中选取任意=个传感节点画圆,并使所述圆包 含所述任意四个传感节点中余下的一个传感节点;
[0026] 步骤213,选取未被选取并位于边界的任意一个传感节点,与所述任意=个传感节 点组合成四个传感节点;
[0027] 步骤214,将所述四个传感节点作为所述任意四个传感节点,返回循环执行步骤 212和步骤213,直至所有位于边界的传感节点均包含在一个圆内,结束循环,则最终所画的 圆即为所述最小半径圆。
[00%]进一步,所述步骤4的具体实现包括如下步骤:
[0029] 步骤41,根据无线充电装置的位置,采用K均值聚类法将全部无线充电装置分成K 类;其中,所述K等于所述预设个数;
[0030] 步骤42,从每一类中选取充电功率最接近此类平均充电功率的无线充电装置的位 置作为最终无线充电装置的位置。
[0031] 采用上述进一步方案的有益效果是,采用K均值聚类法进行分类,提高分类准确 性;从每一类中选取充电功率最接近此类平均充电功率的无线充电装置的位置作为最终无 线充电装置的位置,降低融合对总充电时间的延长。
[0032] 本发明的另一技术方案如下:
[0033] -种降低物联网传感节点充电延迟的系统,包括第一求解模块、第二求解模块、判 断模块和融合模块;
[0034] 所述第一求解模块,其用于W对物联网中的所有传感节点充电的总充电时间为目 标函数,W每个传感节点所充电的能量不小于阔值为约束条件,构建总充电时间最小化的 线性优化模型求解无线充电装置的位置和个数;如果无解,则驱动第二求解模块工作;反 之,则驱动判断模块工作;
[0035] 所述第二求解模块,其用于根据无线充电装置的位置的变化对传感节点的充电功 率的改变,缩小无线充电装置的位置所处的范围,并结合所述线性优化模型再次求解无线 充电装置的位置和个数;
[0036] 所述判断模块,其用于判断无线充电装置的个数是否超过预设个数;是,则驱动融 合模块工作;否,则结束操作;
[0037] 所述融合模块,其用于采用融合的方式,将无线充电装置的个数减少至预设个数。
[0038] 在上述技术方案的基础上,本发明还可W做如下改进。
[0039] 进一步,所述线性优化模型如下所示:
[0041]其中,所述T为所述总充电时间,所述为任一无线充电装置的充电时间,所述PiJ 为所述任一无线充电装置对任一传感节点的充电功率,所述S为所述阔值,所述N为传感节 点的总数,',W;)为所述任一传感节点的位置坐标,(兮,巧)为所述任一无线充电装置的 位置坐标,所述a为所述任一无线充电装置对所述任一传感节点的充电功率的计算常数,所 述e为所述任一无线充电装置与所述任一传感节点距离的修正常数。
[0042] 进一步,所述第二求解模块包括最小半径圆构建单元、重叠区域生成单元和求解 单元;
[0043] 所述最小半径圆构建单元,其用于构建包括所有传感节点的最小半径圆;
[0044] 所述重叠区域生成单元,其用于在所述最小半径圆中,W每个传感节点为圆屯、,W 不同半径画圆弧,并使无线充电装置在任一传感节点的相邻圆弧上对所述任一传感节点的 充电功率相差预设值,获取充电功率范围相同的重叠区域;
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