一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法及装置

1.本发明属于无线可充电传感网技术领域，具体涉及一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法及装置。


背景技术：

2.无线传感网(wireless sensor networks,wsns)在许多领域中得到了广泛的应用，例如环境监测、智能交通等。然而，wsns中节点的能量问题一直是制约其发展的一个主要瓶颈。由于节点的能量供应来自电池等有限的资源，因此如何延长节点的寿命一直是研究的热点问题。无线可充电传感网(wireless rechargeable sensor networks,wrsns)采用了无线功率传输(wireless power transfer，wpt)技术，通过供电器为传感器提供无线、可靠、连续的能源供应，促进了无线可充电传感器网络的发展。
3.现有的充电方式主要包括全向wpt技术和定向wpt技术，全向wpt技术是指充电器在各个方向上均匀地广播无线电磁波，节点在有限的传输规模内任何位置均能接收能量。为了提高能量利用率，定向wpt技术的能量通过能量波束将有限方向的辐射能量聚合在一起，利用高增益定向天线将辐射能量集中在有限的方向上，使充电更精准。
4.对于定向wpt技术，现有的研究集中在充电车与节点之间距离、角度等参数对充电效果的影响，将充电车驻留点放至在默认的固定驻留点，这可能会导致充电效率的降低。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中的不足，本发明提出一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法及装置，根据节点的剩余电量与节点间距离来选择充电车的充电驻留点，对节点进行定向充电，延长网络的运行时间。
6.为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
7.本发明提供一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法，包括：
8.按照无线可充电传感网中节点发送充电请求的时间顺序构建待充电队列，并选择圆心，基于所选择的圆心确定定向充电计算范围；
9.若定向充电计算范围内仅圆心节点，则将充电车移动到所述圆心节点处，进行定向充电；否则计算定向充电计算范围内除圆心节点外的节点的优先权，构建优先权队列；
10.根据所述优先权队列中节点的个数，选择充电车驻留位置和充电方法，对节点进行定向充电。
11.进一步的，所述按照无线可充电传感网中节点发送充电请求的时间顺序构建待充电队列，包括：
12.设置请求阈值δ1，当节点电量低于请求阈值δ1时，发送充电请求，并置充电标志位m＝0，按节点发送充电请求的时间顺序构建待充电队列q。
13.进一步的，所述选择圆心，基于所选择的圆心确定定向充电计算范围，包括：
14.选择待充电队列q中的首个节点b作为圆心，以两倍充电车充电距离2r为半径画圆，作为定向充电计算范围，其中，r为充电车充电距离。
15.进一步的，所述计算定向充电计算范围内除圆心节点外的节点的优先权，构建优先权队列，包括：
16.当待充电队列q中首个节点的电量低于电量阈值δ2时，为待充电队列的节点依次分配优先级；所述优先级为节点当前剩余电量与请求阈值δ1的比值；
17.基于节点分配的优先级和节点与圆心节点的距离计算优先权，如下：
18.fi＝c1×fi
+c2×
si；
19.其中，fi为节点ni的优先权，c1和c2为系数，满足c1+c2＝1，fi为节点ni分配的优先级，si计算如下：
20.si＝di/2r；
[0021][0022]
其中，di为节点ni与圆心节点的距离，(xi,yi)和(xb,yb)分别表示节点ni与圆心节点的坐标；
[0023]
将定向充电计算范围内除圆心节点外的节点按照优先权递增的方式构建优先权队列p。
[0024]
进一步的，所述若定向充电计算范围内仅圆心节点，则将充电车移动到所述圆心节点处，进行定向充电，包括：
[0025]
将充电车移动到圆心节点处，以最小充电扩张角θ1为圆心节点充电至充满。
[0026]
进一步的，所述根据所述优先权队列中节点的个数，选择充电车驻留位置和充电方法，对节点进行定向充电，包括：
[0027]
若优先权队列p中仅有一个节点a，根据节点a、b间的距离d
ab
与2r、r的大小关系，移动充电车到所计算出的驻留点l，分别采用对应的充电方法为a、b两个节点充电；
[0028]
若优先权队列p中有多于一个节点，则只选择前两个节点a和c，分别计算并比较a、b、c三节点间距离d
ab
、d
ac
、d
bc
，记其中的最长距离为d
max
，根据d
max
与4r、2r、r的大小关系，移动充电车到所计算出的驻留点l，分别采用对应的充电方法开始为节点a、b、c三个节点充电；
[0029]
将圆心节点b充满电，且除圆心节点b外的节点充电至电量不少于充电阈值δ3后，置本次被充电后的节点的充电标志位m＝0，并从待充电队列q中删除；
[0030]
将在上述充电过程中新发送请求的节点按请求到来的先后顺序加入到待充电队列q中，继续选择圆心以及计算定向充电计算范围，构建定向充电计算范围内节点的优先权队列p，按上述方式选择充电车驻留位置和充电方法，对节点进行定向充电；直至待充电队列为空或者充电车能量不足以完成下一次充电，充电车返回基站补充能量。
[0031]
进一步的，所述若优先权队列p中仅有一个节点a，根据节点a、b间的距离d
ab
与2r、r的大小关系，移动充电车到所计算出的驻留点l，分别采用对应的充电方法为a、b两个节点充电，包括：
[0032]
若r《d
ab
≤2r，则选择充电车驻留点l为节点a和圆心节点b连线的中点处，以充电扩张角θ1先为圆心节点b充电，充电中心方向指向圆心节点b所在方向；待圆心节点b充满电后，旋转角度令充电中心方向指向节点a所在方向，为节点a充电，直至a的电量不少于充电
阈值δ3；
[0033]
若d
ab
≤r，则选择充电车驻留点l位于圆心节点b处，以充电扩张角θ1同时为a、b两节点充电，充电中心方向指向节点a所在方向，待圆心节点b充满电且节点a的电量不少于充电阈值δ3时结束充电。
[0034]
进一步的，所述若优先权队列p中有多于一个节点，为节点a、b、c三个节点充电，包括：
[0035]
s1、若2r《d
max
≤4r，则只保留优先权队列p中位置在前的节点a，忽略节点c，按照优先权队列p中仅有一个节点a的方式为a、b两节点充电；
[0036]
s2、若r《d
max
≤2r，且d
max
唯一，则判断距离是d
max
的两个节点中是否包括圆心节点b，
[0037]
若包括，则选择驻留点l在两节点连线的中点处；
[0038]
若不包括，则选择驻留点l在次长距离d
′
max
两端节点连线的中点处，若d
ab
与d
bc
均是次长距离，则选择d
ab
作为d
′
max
；
[0039]
若d
max
不唯一，则选择包含圆心节点b的最长距离作为d
max
，若圆心节点b与a、c两节点距离均为d
max
，则选择a、b两节点距离作为最长距离，驻留点l位于d
max
两端节点连线的中点处；
[0040]
设置充电扩张角均为θ1，充电中心方向首先指向圆心节点b所在方向，为圆心节点b充电至满电量；随后旋转π角度，令充电中心方向指向连线另一端的节点，充电至电量不少于充电阈值δ3；
[0041]
最后判断驻留点l到剩余未充电节点的距离是否大于r，若大于，则不为该剩余未充电节点充电，否则再令充电中心方向指向该剩余未充电节点，充电至电量不少于充电阈值δ3；
[0042]
s3、若d
max
≤r，取距离为d
max
的两个节点中剩余能量最低的节点作为驻留点l，记以驻留点l为顶点，以另外两节点与驻留点l的连线为边，所形成的角为θk，比较θk与θ1的大小，若θk小于θ1，则令θ1为充电扩张角，否则令θk为充电扩张角；
[0043]
以充电扩张角的角平分线方向为充电中心方向，同时为三个节点充电，直到圆心节点b充满，且节点a和c电量不少于充电阈值δ3。
[0044]
进一步的，所述请求阈值δ1、电量阈值δ2和充电阈值δ3满足：
[0045]
δ2《δ1《δ3。
[0046]
本发明还提供一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择装置，用于实现前述的无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法，所述装置包括：
[0047]
定向充电计算范围确定模块，用于按照无线可充电传感网中节点发送充电请求的时间顺序构建待充电队列，并选择圆心，基于所选择的圆心确定定向充电计算范围；
[0048]
优先权队列构建模块，用于计算定向充电计算范围内除圆心节点外的节点的优先权，构建优先权队列；
[0049]
充电决策模块，用于根据定向充电计算范围内节点数量，进行充电决策如下：
[0050]
若定向充电计算范围内仅圆心节点，则将充电车移动到所述圆心节点处，进行定向充电；否则根据所述优先权队列中节点的个数，选择充电车驻留位置和充电方法，对节点进行定向充电。
[0051]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
[0052]
本发明提供一种定向充电中充电车驻留点选择方法，确定充电车的充电驻留点，避免全向充电中的能量浪费，使得定向充电时更加高效，从而最大限度地利用能量资源，提高传感器网络的可靠性和稳定性，延长无线可充电传感器网络的生命周期。在选择首个充电节点后，同时考虑了该节点周围其他的待充电节点，为这两个或三个节点同时充电，减少了移动过程中的能量浪费。
附图说明
[0053]
图1是本发明的一个实施例提供的定向充电中充电车驻留位置选择方法流程图；
[0054]
图2是本发明充电车与节点间的定向充电模型；
[0055]
图3是本发明实施例中，优先权队列仅有一个节点的充电情况，图3(a)为r《d
ab
≤2r的情况，图3(b)为d
ab
≤r的情况；
[0056]
图4是本发明实施例中，优先权队列中有不少于两个节点的充电情况，图4(a)、(b)、(c)为r《d
max
≤2r时的方法举例，图4(a)为r《d
max
≤2r时，b、c间距离为d
max
，a在充电半径范围内的情况，图4(b)为r《d
max
≤2r时，b、c间距离为d
max
，a不在充电半径范围内的情况，图4(c)为r《d
max
≤2r时，b、c间距离为d
′
max
，a在充电半径范围内的情况，图4(d)为d
max
≤r时，b、c间距离为d
max
的情况。
具体实施方式
[0057]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0058]
本发明提供一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法，包括：
[0059]
按照无线可充电传感网中节点发送充电请求的时间顺序构建待充电队列，并选择圆心，基于圆心确定定向充电计算范围；
[0060]
若定向充电计算范围内仅圆心节点，则将充电车移动到该圆心节点处，进行充电；否则计算定向充电计算范围内除圆心节点外的节点的优先权，构建优先权队列；
[0061]
根据优先权队列中节点的个数，选择充电车驻留点和充电方法，对节点进行定向充电。
[0062]
本发明中，将待充电队列中的首个节点作为圆心节点，以两倍充电车的充电距离为半径画圆，作为定向充电计算范围。
[0063]
本发明中，根据待充电队列中节点的剩余电量为待充电队列中的节点分配优先级，并基于分配的优先级计算定向充电计算范围内除圆心节点外的节点的优先权，构建优先权队列。
[0064]
本发明中，优先级数值为节点当前剩余电量与预设阈值的比值。
[0065]
本发明中，基于当前节点分配的优先级和当前节点与圆心节点的距离计算优先权。
[0066]
本发明中，将节点按照优先权递增的方式构建优先权队列。
[0067]
基于上述发明构思，本发明的一个实施例提供的无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法，具体实现过程包括：
[0068]
s1、初始化无线可充电传感网络，
[0069]
具体包括：设置节点充电标志位m，其初始标志位均为1，表示电量充足。节点、基站、充电车的位置均已知且可由坐标表示；
[0070]
s2、构建待充电队列q，
[0071]
具体为：设置阈值δ1，当节点电量低于阈值δ1时，置m＝0，发送充电请求，按节点发送充电请求的时间顺序构建待充电队列q，
[0072]
s3、选择圆心，确定定向充电计算范围，
[0073]
具体为，以待充电队列q首个节点b为圆心，以两倍充电车充电距离2r为半径画圆；
[0074]
s4、分配优先级并计算优先权，构建优先权队列，
[0075]
具体为，当待充电队列q中首个节点电量低于阈值δ2时，为待充电队列q中所有节点分配优先级，
[0076]
判断待充电队列q在圆内除b外有无其他节点，若没有，则充电车移动到圆心节点b处，以最小充电扩张角θ1开始为圆心节点b充电至充满；若有其他节点，则基于当前节点分配的优先级和当前节点与圆心节点的距离计算优先权，将节点按照优先权递增的方式构建优先权队列p；
[0077]
s5、对优先权队列中的节点选择充电车驻留点和充电方法，
[0078]
若优先权队列中仅有一个节点a，根据ab间的距离d
ab
与2r、r的大小关系，充电车移动到所计算出的驻留点l，分别采用对应的充电方法开始为a、b两个节点充电；
[0079]
若优先权队列中有多于一个节点，则只选择前两个节点a和c，分别计算并比较a、b、c三点间距离d
ab
、d
ac
、d
bc
，记其中的最长距离为d
max
，根据d
max
与4r、2r、r的大小关系，充电车移动到所计算出的驻留点l，分别采用对应的充电方法开始为节点a、b、c三个节点充电；将b节点充满电，且除b外的节点充电至电量不少于阈值δ3后，置本次被充电后的节点m＝0，将其从待充电队列中删除。
[0080]
s6、将在上述充电过程中新发送请求的节点按请求到来的先后顺序加入到待充电队列q中，继续选择q中的首个节点作为圆心节点，构建半径2r范围内节点的优先权队列p，寻找充电车的下一个驻留点。
[0081]
s7、重复上述操作，计算充电车和节点的能量，直至待充电队列为空或者充电车能量不足以完成下一次充电，充电车返回基站补充能量。
[0082]
基于相同的发明构思，本发明的另一个实施例提供的无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法，参见图1，具体实现过程包括：
[0083]
步骤一：初始化无线传感网，为节点构建能量传递模型，具体实现方式为：
[0084]
设置节点充电标志位m，其初始标志位均为1，表示电量充足。
[0085]
节点、基站、充电车的位置均已知且可由坐标表示，基站位于网络中心处。
[0086]
构建定向充电模型如图2所示，表示如下：
[0087][0088][0089]
其中，pi表示待充电节点ni接收到能量的功率，为充电车位置与待充电节点ni连
线的方向，θ为充电车的充电扩张角，为充电中心方向，即充电扩张角的平分线，α为与的夹角，d为节点与充电车之间的距离，r为充电车充电半径，c是调整方程垂直情况的参数，β是用于调整弗里斯自由空间方程的短距离传输的参数。
[0090]
本实施例中，c的取值为0.1161，β的取值为0.1。μ的含义如下：
[0091][0092]
其中，η是整流效率，a
er
是节点被充电时的有效接收面积，是充电车的最大有效传输面积，l
p
代表极化损失，λ表示波长，p0表示充电车充电时发送能量的功率。
[0093]
本实施例中，μ的取值为3.893。
[0094]
步骤二：设置节点的请求阈值δ1，当节点的剩余电量低于δ1发送充电请求，并根据发送充电请求时间的先后顺序构建待充电队列q＝{q1,q2,
…
,qm}，以及选择待充电队列中的首个节点b作为圆心，以两倍充电车充电距离2r为半径画圆；
[0095]
当队列中首个节点的电量低于电量阈值δ2时，为待充电队列的节点依次分配优先级f＝{f1,f2,
…
,fm}，
[0096]
需要说明的是，优先级数值为节点当前剩余电量与δ1的比值。
[0097]
判断待充电队列q在圆内除b外有无其他节点，若没有，则充电车移动到圆心节点处，以最小充电扩张角θ1开始为节点b充电至充满；
[0098]
若有其他节点，则计算待充电队列在圆内除b以外节点的优先权。
[0099]
本实施例中，请求阈值设为δ1＝350j，电量阈值设为δ2＝250j。
[0100]
本实施例中，r的取值为1m。
[0101]
步骤三：计算待充电队列在圆内节点(不可包括b)的优先权，优先权的计算方法由以下公式给出：
[0102]fi
＝c1×fi
+c2×
siꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0103]
其中，fi表示待充电节点ni的优先权，c1、c2为系数，且满足c1+c2＝1，本实施例中，令c1＝0.4，c2＝0.6。
[0104]fi
为待充电节点ni初始分配的优先级，si的值由以下公式给出：
[0105]
si＝di/2r
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0106][0107]
其中，di为待充电节点ni与圆心节点b的距离，(xi,yi)，(xb,yb)分别表示待充电节点ni与圆心节点b的坐标。
[0108]
计算出优先权后，将圆心半径范围内的节点按照优先权递增的方式构建优先权队列p。
[0109]
步骤四：判断优先权队列中的节点个数，选择相对应的充电车驻留点和充电方法为节点充电，具体为：
[0110]
情况1：当优先权队列仅有一个节点a时，根据节点a与圆心节点b之间的距离d
ab
与充电半径r的关系，相应的驻留点选择和充电方法如下：
[0111]
(1-1)若r《d
ab
≤2r，如图3(a)所示，充电车驻留点l为节点a和圆心节点b连线的中点处，先为圆心节点b充电，充电扩张角为θ1，充电中心方向指向圆心节点b所在方向；待圆心节点b充满电后，旋转角度令充电中心方向指向节点a所在方向，为节点a充电，直至a的
电量不少于充电阈值δ3。
[0112]
(1-2)若d
ab
≤r，如图3(b)所示，充电车驻留点l位于圆心节点b处，充电扩张角为θ1，充电中心方向指向节点a所在方向，同时为a、b两节点充电，待圆心节点b充满电且节点a的电量不少于充电阈值δ3时结束充电。
[0113]
本实施例中，充电阈值δ3设为：δ3＝500j。
[0114]
情况2：当优先权队列有多于一个节点时，选择前两个节点a、c与圆心节点b，分别计算并比较三节点之间的距离d
ab
、d
ac
、d
bc
，记三者中的最长距离为d
max
，相应的驻留点选择和充电方法为：
[0115]
(2-1)若2r《d
max
≤4r，因为b位于圆心处，半径为2r，则d
max
一定为a、c两点间距离，充电车无法在同一位置完成对三个节点的充电，只保留优先权队列p中位置在前的节点a，忽略优先权较低的节点c，根据d
ab
与r的大小关系，仍采用上述情况1的方式为a、b两节点充电。
[0116]
(2-2)若r《d
max
≤2r，且d
max
唯一，则判断距离是d
max
的两个节点中是否包括b节点，
[0117]
若包括，则驻留点l在两节点连线的中点处；
[0118]
若不包括，则将驻留点l设置在次长距离d
′
max
两端节点连线的中点处，若d
ab
与d
bc
均是次长距离，那么选择d
ab
作为d
′
max
，这样便可以确保驻留点l所在连线的两端有圆心节点b；
[0119]
当d
max
不唯一时，选择包含圆心节点b的最长距离作为d
max
，若圆心节点b与a、c两节点距离均为d
max
，则选择a、b两节点距离作为最长距离，驻留点l位于d
max
两端节点连线的中点处；
[0120]
设置充电扩张角均为θ1，充电中心方向首先指向圆心节点b所在方向，为圆心节点b充电至满电量；随后旋转π角度，令充电中心方向指向连线另一端的节点，为其充电至电量不少于充电阈值δ3；
[0121]
最后判断驻留点l到剩余未充电节点的距离是否大于r，若大于，则不为该节点充电，否则再令充电中心方向指向该节点为其充电至电量不少于充电阈值δ3。
[0122]
图4(a)为b、c两节点间距离是d
max
，节点a在充电半径范围内的情况，能够为节点a充电，图(b)中节点a不在充电半径内，不为节点a充电；图(c)中d
max
＝d
ac
》d
bc
》d
ab
，那么选择第二长距离连线的中点作为驻留点l，图(c)中节点a位于充电半径范围内，能够为节点a充电。
[0123]
(2-3)若d
max
≤r，取距离为d
max
的两个节点中剩余能量最低的节点作为驻留点l，记以驻留点l为顶点，以另外两节点与l的连线为边，所形成的角为θk，比较θk与θ1的大小，若θk小于θ1，则令θ1为充电扩张角，否则令θk为充电扩张角。
[0124]
以充电扩张角的角平分线方向为充电中心方向，同时为三个节点充电，直到圆心节点b充满，且节点a和c电量不少于充电阈值δ3。
[0125]
图4(d)中为b、c两节点间距离为d
max
，驻留点l在圆心节点b处且θk小于θ1的一种情况举例。
[0126]
步骤五：将节点充电至满足要求后，将节点的m标志位置0，并从待充电队列q中移除，节点充电应满足的标准为：
[0127]
被充电后，圆心节点b的能量应满足以下公式：
[0128]
p
ib
×
t
ib
+e
′
re(ib)
＝e
′ꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0129]
其中，p
ib
表示圆心节点b获得能量的功率，可由公式(1)计算，t
ib
表示为圆心节点b充电的时长，e
′
re(i)
表示圆心节点b在被充电开始时的剩余能量，e'表示节点的满电量值。
[0130]
被充电后，除圆心节点b以外的节点的能量应该满足以下公式：
[0131]
δ3≤pi×
ti+e
′
re(i)
≤e
′ꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0132]
其中，pi表示待充电节点ni获得能量的功率，ti表示为节点充电的时长，e
′
re(i)
表示节点在被充电开始时的剩余能量。
[0133]
三种阈值之间的关系为：
[0134]
δ2《δ1《δ3ꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0135]
其中，δ1为发出充电请求并构建待充电队列的请求阈值，δ2是为待充电队列分配优先级的电量阈值，δ3为除圆心节点外，对剩余节点充电满足的充电阈值。
[0136]
步骤六：移除充电后的节点，充电车停留在当前位置，将上述充电过程中新发送充电请求的节点按发送充电请求的时间顺序添加在待充电队列q中，将待充电队列q的队首节点作为新的圆心节点b，计算半径范围内节点的优先权，寻找下一个驻留点。重复上述操作，直至待充电队列为空或者充电车能量不足以完成下一次充电，充电车返回基站补充能量。
[0137]
充电车的能量消耗应满足的公式如下：
[0138]ei
+er≤e
ꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0139]
其中，ei表示为节点充电消耗的能量，er表示行驶过程中消耗的能量，e表示充电车的能量上限，ei、er的计算方式如下：
[0140][0141][0142]
其中，n表示节点的总数，p0表示充电车充电时发送能量的功率，d
ll+1
表示充电车从当前驻留点行驶至下一个驻留点的距离，驻留点总数为u，驻留点为0表示基站，e为行驶单位距离所消耗的能量，d
u0
表示充电车从最后一个驻留点返回基站的距离。
[0143]
本发明实施例中，将节点按照发送充电请求的时间顺序构建待充电队列，将待充电队列中的首个节点作为圆心节点，以两倍充电车的充电距离为半径画圆，根据节点的剩余电量为待充电队列中的节点分配优先级，并计算圆内节点的优先权，优先权与当前节点的剩余电量和当前节点与圆心节点的距离有关。将节点按照优先权递增的方式构建优先权队列，并根据优先权队列中节点的个数，选择相对应的充电车驻留点和充电方法，令充电车能选择位置为圆心节点与其他节点进行定向充电。本实施例，在选择首个充电节点后，同时考虑了该节点周围其他的待充电节点，为这两个或三个节点同时充电，减少了移动过程中的能量浪费。本实施例使得定向充电时更加高效，从而最大限度地利用能量资源,提高传感器网络的可靠性和稳定性，延长无线可充电传感器网络的生命周期。
[0144]
基于上述发明构思，本发明还提供一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择装置，用于实现上述的无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法，该装置包括：
[0145]
定向充电计算范围确定模块，用于按照无线可充电传感网中节点发送充电请求的时间顺序构建待充电队列，并选择圆心，基于所选择的圆心确定定向充电计算范围；
[0146]
优先权队列构建模块，用于计算定向充电计算范围内除圆心节点外的节点的优先
权，构建优先权队列；
[0147]
充电决策模块，用于根据定向充电计算范围内节点数量，进行充电决策如下：
[0148]
若定向充电计算范围内仅圆心节点，则将充电车移动到所述圆心节点处，进行定向充电；否则根据所述优先权队列中节点的个数，选择充电车驻留位置和充电方法，对节点进行定向充电。
[0149]
值得指出的是，该装置实施例是与上述方法实施例对应的，上述方法实施例的实现方式均适用于该装置实施例中，并能达到相同或相似的技术效果，故不在此赘述。
[0150]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0151]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0152]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0153]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0154]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法，其特征在于，包括：按照无线可充电传感网中节点发送充电请求的时间顺序构建待充电队列，并选择圆心，基于所选择的圆心确定定向充电计算范围；若定向充电计算范围内仅圆心节点，则将充电车移动到所述圆心节点处，进行定向充电；否则计算定向充电计算范围内除圆心节点外的节点的优先权，构建优先权队列；根据所述优先权队列中节点的个数，选择充电车驻留位置和充电方法，对节点进行定向充电。2.根据权利要求1所述的一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法，其特征在于，所述按照无线可充电传感网中节点发送充电请求的时间顺序构建待充电队列，包括：设置请求阈值δ1，当节点电量低于请求阈值δ1时，发送充电请求，并置充电标志位m＝0，按节点发送充电请求的时间顺序构建待充电队列q。3.根据权利要求2所述的一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法，其特征在于，所述选择圆心，基于所选择的圆心确定定向充电计算范围，包括：选择待充电队列q中的首个节点b作为圆心，以两倍充电车充电距离2r为半径画圆，作为定向充电计算范围，其中，r为充电车充电距离。4.根据权利要求3所述的一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法，其特征在于，所述计算定向充电计算范围内除圆心节点外的节点的优先权，构建优先权队列，包括：当待充电队列q中首个节点的电量低于电量阈值δ2时，为待充电队列的节点依次分配优先级；所述优先级为节点当前剩余电量与请求阈值δ1的比值；基于节点分配的优先级和节点与圆心节点的距离计算优先权，如下：f
i
＝c1×
f
i
+c2×
s
i
；其中，f
i
为节点n
i
的优先权，c1和c2为系数，满足c1+c2＝1，f
i
为节点n
i
分配的优先级，s
i
计算如下：s
i
＝d
i
/2r；其中，d
i
为节点n
i
与圆心节点的距离，(x
i
,y
i
)和(x
b
,y
b
)分别表示节点n
i
与圆心节点的坐标；将定向充电计算范围内除圆心节点外的节点按照优先权递增的方式构建优先权队列p。5.根据权利要求1所述的一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法，其特征在于，所述若定向充电计算范围内仅圆心节点，则将充电车移动到所述圆心节点处，进行定向充电，包括：将充电车移动到圆心节点处，以最小充电扩张角θ1为圆心节点充电至充满。6.根据权利要求4所述的一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法，其特征在于，所述根据所述优先权队列中节点的个数，选择充电车驻留位置和充电方法，对节点进行定向充电，包括：
若优先权队列p中仅有一个节点a，根据节点a、b间的距离d
ab
与2r、r的大小关系，移动充电车到所计算出的驻留点l，分别采用对应的充电方法为a、b两个节点充电；若优先权队列p中有多于一个节点，则只选择前两个节点a和c，分别计算并比较a、b、c三节点间距离d
ab
、d
ac
、d
bc
，记其中的最长距离为d
max
，根据d
max
与4r、2r、r的大小关系，移动充电车到所计算出的驻留点l，分别采用对应的充电方法开始为节点a、b、c三个节点充电；将圆心节点b充满电，且除圆心节点b外的节点充电至电量不少于充电阈值δ3后，置本次被充电后的节点的充电标志位m＝0，并从待充电队列q中删除；将在上述充电过程中新发送请求的节点按请求到来的先后顺序加入到待充电队列q中，继续选择圆心以及计算定向充电计算范围，构建定向充电计算范围内节点的优先权队列p，按上述方式选择充电车驻留位置和充电方法，对节点进行定向充电；直至待充电队列为空或者充电车能量不足以完成下一次充电，充电车返回基站补充能量。7.根据权利要求6所述的一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法，其特征在于，所述若优先权队列p中仅有一个节点a，根据节点a、b间的距离d
ab
与2r、r的大小关系，移动充电车到所计算出的驻留点l，分别采用对应的充电方法为a、b两个节点充电，包括：若r<d
ab
≤2r，则选择充电车驻留点l为节点a和圆心节点b连线的中点处，以充电扩张角θ1先为圆心节点b充电，充电中心方向指向圆心节点b所在方向；待圆心节点b充满电后，旋转角度令充电中心方向指向节点a所在方向，为节点a充电，直至a的电量不少于充电阈值δ3；若d
ab
≤r，则选择充电车驻留点l位于圆心节点b处，以充电扩张角θ1同时为a、b两节点充电，充电中心方向指向节点a所在方向，待圆心节点b充满电且节点a的电量不少于充电阈值δ3时结束充电。8.根据权利要求6所述的一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法，其特征在于，所述若优先权队列p中有多于一个节点，为节点a、b、c三个节点充电，包括：s1、若2r<d
max
≤4r，则只保留优先权队列p中位置在前的节点a，忽略节点c，按照优先权队列p中仅有一个节点a的方式为a、b两节点充电；s2、若r<d
max
≤2r，且d
max
唯一，则判断距离是d
max
的两个节点中是否包括圆心节点b，若包括，则选择驻留点l在两节点连线的中点处；若不包括，则选择驻留点l在次长距离d
′
max
两端节点连线的中点处，若d
ab
与d
bc
均是次长距离，则选择d
ab
作为d
′
max
；若d
max
不唯一，则选择包含圆心节点b的最长距离作为d
max
，若圆心节点b与a、c两节点距离均为d
max
，则选择a、b两节点距离作为最长距离，驻留点l位于d
max
两端节点连线的中点处；设置充电扩张角均为θ1，充电中心方向首先指向圆心节点b所在方向，为圆心节点b充电至满电量；随后旋转π角度，令充电中心方向指向连线另一端的节点，充电至电量不少于充电阈值δ3；最后判断驻留点l到剩余未充电节点的距离是否大于r，若大于，则不为该剩余未充电节点充电，否则再令充电中心方向指向该剩余未充电节点，充电至电量不少于充电阈值δ3；s3、若d
max
≤r，取距离为d
max
的两个节点中剩余能量最低的节点作为驻留点l，记以驻留
点l为顶点，以另外两节点与驻留点l的连线为边，所形成的角为θ
k
，比较θ
k
与θ1的大小，若θ
k
小于θ1，则令θ1为充电扩张角，否则令θ
k
为充电扩张角；以充电扩张角的角平分线方向为充电中心方向，同时为三个节点充电，直到圆心节点b充满，且节点a和c电量不少于充电阈值δ3。9.根据权利要求8所述的一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法，其特征在于，所述请求阈值δ1、电量阈值δ2和充电阈值δ3满足：δ2<δ1<δ3。10.一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择装置，其特征在于，用于实现权利要求1至9任意一项所述的无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法，所述装置包括：定向充电计算范围确定模块，用于按照无线可充电传感网中节点发送充电请求的时间顺序构建待充电队列，并选择圆心，基于所选择的圆心确定定向充电计算范围；优先权队列构建模块，用于计算定向充电计算范围内除圆心节点外的节点的优先权，构建优先权队列；充电决策模块，用于根据定向充电计算范围内节点数量，进行充电决策如下：若定向充电计算范围内仅圆心节点，则将充电车移动到所述圆心节点处，进行定向充电；否则根据所述优先权队列中节点的个数，选择充电车驻留位置和充电方法，对节点进行定向充电。

技术总结
本发明公开了一种无线可充电传感网中的定向充电车驻留位置选择方法及装置，该方法包括按照无线可充电传感网中节点发送充电请求的时间顺序构建待充电队列，并选择圆心，基于所选择的圆心确定定向充电计算范围；若定向充电计算范围内仅圆心节点，则将充电车移动到所述圆心节点处，进行定向充电；否则计算定向充电计算范围内除圆心节点外的节点的优先权，构建优先权队列；根据所述优先权队列中节点的个数，选择充电车驻留位置和充电方法，对节点进行定向充电。采用本发明方法使得定向充电时更加高效，从而最大限度地利用能量资源，提高传感器网络的可靠性和稳定性。感器网络的可靠性和稳定性。感器网络的可靠性和稳定性。


技术研发人员：马宇晗 沙超 林特 卞小杰 黄海平
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/8/28