本发明专利技术涉及一种WRSNs中定向移动充电器的调度方法，包括：获取待充电节点、定向移动充电器及基本充电信息；使用KCPG算法分簇确定充电位置集合，利用cMFRDS算法选择最优充电方向集合；构造非对称能量消耗邻接矩阵并通过改进的LKH算法计算出移动时间长度列表；构建线性规划问题，使用CPlex求解器计算每个方向的充电时间；构建完整的定向移动充电器的调度列表。本发明专利技术确保定向移动充电器能高效地为WRSNs中的各个待充电节点提供能量补给，通过合理的调度策略减少了能量损耗，优化了充电路径。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线充电技术应用领域，具体涉及一种wrsns中定向移动充电器的调度方法。
技术介绍
1、无线传感器网络(wireless sensor networks，wsns)已被广泛应用于各种工业和日常场景中，然而阻碍wsns快速发展的主要因素是节点有限的能量存储容量，为了解决这个问题，研究人员不仅致力于提高电池存储容量，还致力于推进无线能量传输(wirelesspower transfer，wpt)技术，随着wpt的不断发展，研究人员将其应用于wsns以补充节点的能量，从而引入了wrsns(wireless rechargeable sensor networks，不对称无线充电传感器网络)的概念。
2、在wrsns中，根据传输设备是全向(在充电器为中心的各个方向均匀传输能量)还是定向(将无线能量集中在某个方向传输)，mcs可分为全向移动充电器(omnidirectionalmcs，omcs)和定向移动充电器(dmcs)，现有的wrsn充电调度策略大都基于全向充电，其充电效率较低，在现实中，由于地形和地形限制、海拔差异、风力(如果部署在空中)和水流(如果部署在水上或水中)等因素，路径对称假设在许多现实场景中往往不成立，路径不对称使得针对路径对称环境的设计在实际的路径不对称场景中无效，导致定向移动充电器在移动过程中沿着同一路径的不同方向消耗不同的能量，从而影响充电效率。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提出了一种wrsns中定向移动充电器的调度方法。</p>2、具体方案如下：
3、一种wrsns中定向移动充电器的调度方法，包括以下步骤：
4、s101，获取待充电节点、定向移动充电器和基本充电信息；
5、s102，使用基于k-means的充电组生成kcpg算法将获取到的待充电节点分簇，确定每个簇的充电位置集合x；
6、s103，基于基本充电信息和充电位置集合x，使用创建最小功能代表性方向集cmfrds算法选择与全向无限方向集合等效的最优充电方向集合sdir；
7、s104，构造非对称能量消耗邻接矩阵s和w，使用改进的lkh算法得到移动计划项的集合
8、s105，构建线性规划问题，使用cplex求解器计算出充电时间长度列表
9、s106，基于最优充电方向集合sdir和充电时间长度列表构建充电调度项目的集合将充电调度项目的集合和移动计划项的集合结合，计算出定向移动充电器的完整调度列表smc。
10、进一步的，s101中，所述基本充电信息包括：
11、待充电节点集合u＝{u1,u2,…,un}的能量期望初始能量列表存储容量列表基站的初始位置x0、定向移动充电器的传输扇形角传输功率p0和移动速度v；其中，n表示待充电节点的数量，待充电节点ui∈u。
12、进一步的，s102中，使用基于k-means的充电组生成kcpg算法确定充电位置集合x，具体包括：
13、初始化步骤：设定向移动充电器的充电距离为d，初始化聚类数量f为1；
14、聚类步骤：使用k-means聚类算法将待充电节点聚成f个簇，得到每个簇的中心点；
15、确定充电位置集步骤：判断每个簇对应的最小圆的半径是否都小于移动充电器的充电距离d；若是，返回这些簇的中心点，加入充电位置集合x＝{x1,x2,…,xw}，其中w表示充电位置的个数,充电位置xr∈x；若否，将聚类数量f增加1，重新执行聚类部分；
16、优化充电位置集合步骤：计算出充电位置集合x中每个簇的最小覆盖圆，得到最小覆盖圆的中心点和直径，更新每个簇的充电位置集合x。
17、进一步的，s103中，使用创建最小功能代表性方向集cmfrds算法选择最优充电方向集合，具体包括：
18、确定充电方向步骤s1031：设定向移动充电器的充电方向为连续范围[0,2π)内取任意值，设定向移动充电器的充电距离和充电扇形角为常数；
19、构建待充电节点集合步骤s1032：构建每个簇的待充电节点集合n(xr,d)＝{ui|ui∈u(xr,d)，xr∈x}，u(xr,d)表示充电位置为xr，充电距离不大于d的待充电节点集合；
20、生成充电方向列表步骤s1033：构建列表lθ,a，将待充电节点集合n(xr,d)里的每个待充电节点ui，以圆心为起点，水平向右的方向为参考方向，逆时针按角度θi升序排列，加入列表lθ,a中；创建列表其中lψ表示充电方向列表，|n(xr,d)|表示集合n(xr,d)中的元素个数；
21、优化充电方向集合步骤s1034，具体如下：
22、s10341：构建充电方向为ψi的所有待充电节点集合n(xr,d,ψi)，其中xr表示充电位置，ψi表示充电方向，m为控制循环的变量，令与全向无限方向集合等效的最优充电方向集合sdir＝[(xr,ψ1)]，表示充电位置为xr时充电方向为ψ1，m＝1；
23、s10342：从i＝2到|n(xr,d)|进行循环：判断n(xr,d,ψi)是否不包含于n(xr,d,ψm)，如果n(x,d,ψi)不包含于n(xr,d,ψm)，则执行s10343；否则执行s10344；若循环结束，进入s10345；
24、s10343：获取n(xr,d,ψi)的最大充电方向角θmax和最小充电方向角θmin，计算ψ＝(θmax+θmin)/2，更新m＝m+1，更新sdir＝[(xr,ψ1,ψ)]，其中，ψ表示优化后的充电方向，令i＝i+1,进入s10342；
25、s10344：如果n(x,d,ψi)被包含于n(x,d,ψm)，则不进行更新，令i＝i+1,进入s10342；
26、s10345：循环结束后，判断：如果n(xr,d,ψ1)包含于n(xr,d,ψi)，则从sdir中移除第一个元素，最终返回最优充电方向集合sdir,sdir＝{(xr,ψp)|r∈{1,2,…,w}表示一个充电位置xr及与之对应的所有充电方向ψp，其中ψ1为列表lψ的第一个元素。
27、进一步的，s104中，所述构造非对称能量消耗邻接矩阵s和w，具体包括：
28、非对称距离模型步骤：量化和模拟无线传感器网络中任意两点间路径长度的不对称性；
29、非对称单位距离运动能耗模型步骤：量化定向移动充电器从一个位置移动到另一个位置时的能量消耗情况；
30、确定非对称能量消耗邻接矩阵步骤：计算定向移动充电器在不同路径上的能耗和移动时间，优化路径选择和调度。
31、进一步的，s104中，所述使用改进的求解astp问题的lkh算法得到移动计划项的集合具体包括：
32、s1041：设定向移动充电器调度时经过的所有位置集合rπ＝[x0,x1,…,xr,x0]，由r+2个点组成，其中x0表示基站的初始位置，x1,…,xr表示确定的充电位置，先确定一个初始解，即随本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种WRSNs中定向移动充电器的调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的WRSNs中定向移动充电器的调度方法，其特征在于，S101中，所述基本充电信息包括：
3.根据权利要求1所述的WRSNs中定向移动充电器的调度方法，其特征在于，S102中，使用基于K-means的充电组生成KCPG算法确定充电位置集合X，具体包括：
4.根据权利要求1所述的WRSNs中定向移动充电器的调度方法，其特征在于，S103中，使用创建最小功能代表性方向集cMFRDS算法选择最优充电方向集合，具体包括：
5.根据权利要求1所述的WRSNs中定向移动充电器的调度方法，其特征在于，S104中，所述构造非对称能量消耗邻接矩阵S和W，具体包括：
6.根据权利要求1所述的WRSNs中定向移动充电器的调度方法，其特征在于，S104中，所述使用改进的求解ASTP间题的LKH算法得到移动计划项的集合具体包括：
7.根据权利要求1所述的WRSNs中定向移动充电器的调度方法，其特征在于，S105中，所述构建线性规划问题，具体包括：
8.根据权利要求1所述的WRSNs中定向移动充电器的调度方法，其特征在于，S105中，使用CPlex求解器计算出在每个方向上的充电时间长度列表具体包括：
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【技术特征摘要】
1.一种wrsns中定向移动充电器的调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的wrsns中定向移动充电器的调度方法，其特征在于，s101中，所述基本充电信息包括：
3.根据权利要求1所述的wrsns中定向移动充电器的调度方法，其特征在于，s102中，使用基于k-means的充电组生成kcpg算法确定充电位置集合x，具体包括：
4.根据权利要求1所述的wrsns中定向移动充电器的调度方法，其特征在于，s103中，使用创建最小功能代表性方向集cmfrds算法选择最优充电方向集合，具体包括：
5.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：高振国，高青玉，张奇，陈丹杰，叶文辉，李辉，张家晖，陈艺钦，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：
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