【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线充电调度，具体涉及一种面向高度可调有向悬垂充电的效用优化方法。
技术介绍
1、作为一种可以实现一对多、远距离充电的无线能量传输技术，射频无线充电近年来受到了学术界和工业界的重点关注，并在医疗监测、无线传感器网络等领域中得到了广泛的应用。
2、然而，在射频无线充电中，射频天线所接收到的功率可能会因为障碍物的遮挡而降低，从而影响充电效果。为了解决这一重要问题，许多研究者们提出了应对障碍物遮挡的解决方法。但诸如固定充电距离、寻找接收功率增强区等方法，不仅空间利用率低，还需要设备可移动，实用性有限。与这些方法相比，一种将充电器悬挂的全新充电模式，在保证可充电设备之间不会相互影响的前提下，不仅可以极大地提高空间利用率，还能适用于静态充电和移动充电两种充电场景，具备很高的实用价值。因此，本专利技术基于这种悬挂充电模式，进一步进行有向悬垂充电调度，以优化充电总效用。
3、尽管存在针对悬挂充电的研究，但在已有工作中，充电器的高度被固定，当充电器充电功率不可调时，难以满足有不同接收功率需求的场景。比如，一些可充电设备可能希望尽快完成充电，需要较高的接收功率，而在另外的场景中，其他可充电设备出于安全需要，不允许接收功率过大。为了更好地适应各种需求场景，可以在传统悬挂充电的基础上，进行高度可调有向悬垂充电的调度，即，将有向充电器垂直悬挂，通过调节有向悬垂充电器的高度，来改变地面上充电区域和接收功率的大小，从而更好地满足多样化充电需求，并为充电总效用优化提供更大的优化空间。
技术实现
1、本专利技术的目的是更好地满足多样化充电需求，并为充电总效用优化提供更大的优化空间，并提供一种面向高度可调有向悬垂充电的效用优化方法。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种面向高度可调有向悬垂充电的效用优化方法，包括以下步骤：
4、定义高度可调有向悬垂充电器集合和可充电设备集合；
5、定义基于高度的充电功率公式、充电区域半径公式以及可充电设备效用公式；
6、定义高度可调有向悬垂充电效用最大化问题；
7、提出面向高度可调有向悬垂充电的高度离散化方法并将充电效用最大化问题转化为离散化后问题；
8、将离散化后问题转化为等价的多维背包问题；
9、通过基于高度离散化方法的效用优化充电调度算法得到充电调度方案。
10、进一步地，定义高度可调有向悬垂充电器集合和可充电设备集合，包括：
11、设定高度可调有向悬垂充电器集合为，其中每一个有向悬垂充电器，，每个充电器的充电功率为，最大充电角度为，最大充电距离为，其中；设定所有有向悬垂充电器的单位功率开启成本为；有向悬垂充电器的高度在可行区间内，即；
12、设定可充电设备集合为，每一个可充电设备，，可充电设备获得单位电量所对应的效用权重为。
13、进一步地，定义基于高度的充电功率公式、充电区域半径公式以及可充电设备效用公式，具体包括：
14、当有向悬垂充电器的高度为时，可充电设备从有向悬垂充电器处所获得的接收功率计算公式为：
15、 (1)
16、其中，和表示两个由硬件和环境确定的常量，表示可充电设备和有向悬垂充电器之间的水平距离；
17、有向悬垂充电器在地面形成充电区域的半径由高度确定，且与和存在关系，具体公式为：
18、 (2)
19、可充电设备的效用公式为：
20、 (3)
21、其中，为0-1变量，用于表示有向悬垂充电器是否被开启。
22、进一步地，定义高度可调有向悬垂充电效用最大化问题，具体公式包括：
23、 (4)
24、 (4-1)
25、 (4-2)
26、 (4-3)
27、其中，公式(4)以最大化可充电设备的总效用为目标，约束(4-1)用于确保所有开启的有向悬垂充电器高度都在可行区间内，约束(4-2)用于确保开启充电器的总成本不超过总成本预算，其中表示总成本预算，约束(4-3)用于确保是0-1变量。
28、进一步地，面向高度可调有向悬垂充电的高度离散化方法，包括：
29、对于任何一个有向悬垂充电器，遍历所有可充电设备，当可充电设备和有向悬垂充电器之间的水平距离满足时，对高度区间进行离散化，具体公式为：
30、 (5)
31、将，，分别定义为高度区间中的最低离散化高度、最高离散化高度和第高的离散化高度，其中，，，，表示大于零的离散化误差；
32、当有向悬垂充电器的高度分别为，和时，可充电设备从有向悬垂充电器处所获得的接收功率计算公式分别由公式(6)、公式(7)和公式(8)给出：
33、 (6)
34、 (7)
35、 (8)
36、离散化高度公式为：
37、 (9)
38、将获得的所有离散化高度加入的离散化高度集合。
39、进一步地，将充电效用最大化问题转化为离散化后问题，具体公式为：
40、 (10)
41、 (10-1)
42、 (10-2)
43、 (10-3)。
44、进一步地，将离散化后问题转化为等价的多维背包问题，具体包括以下步骤：
45、将中所有可能的离散化高度视为一个物品，则物品的效用函数为：；
46、令元组表示的个维度，其中为有向悬垂充电器的数量，其中，；
47、将离散化后问题转化为多维背包问题，具体公式为：
48、 (11)
49、 (11-1)
50、 (11-2)
51、 (11-3)
52、其中，为0-1变量，用于表示物品是否被选中。
53、进一步地，通过基于高度离散化方法的效用优化充电调度算法得到充电调度方案，具体包括以下步骤：
54、a1：输入有向悬垂充电器集合，可充电设备集合，可行高度区间，充电功率，最大充电角度，最大充电距离，效用权重，单位功率本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向高度可调有向悬垂充电的效用优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，定义高度可调有向悬垂充电器集合和可充电设备集合，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，定义基于高度的充电功率公式、充电区域半径公式以及可充电设备效用公式，具体包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，定义高度可调有向悬垂充电效用最大化问题，具体公式包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，面向高度可调有向悬垂充电的高度离散化方法，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将充电效用最大化问题转化为离散化后问题，具体公式为：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将离散化后问题转化为等价的多维背包问题，具体包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过基于高度离散化方法的效用优化充电调度算法得到充电调度方案，具体包括以下步骤：
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算
10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和权利要求9所述的存储介质，所述处理器执行所述存储介质中的指令。
...【技术特征摘要】
1.一种面向高度可调有向悬垂充电的效用优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，定义高度可调有向悬垂充电器集合和可充电设备集合，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，定义基于高度的充电功率公式、充电区域半径公式以及可充电设备效用公式，具体包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，定义高度可调有向悬垂充电效用最大化问题，具体公式包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，面向高度可调有向悬垂充电的高度离散化方法，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将充电效...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐佳，吴思徐，刘林峰，吴家皋，鲁蔚锋，张树安，赵鸿飞，李智，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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