無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)一對多充電器方案 |
無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Rechargeable Sensor Networks,WRSNs)由隨機部署在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的多個傳感器節(jié)點(Sensor Nodes,SNs)和可移動的充電裝置(Mobile Charger,MC)組成。 傳感器節(jié)點將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到匯聚節(jié)點或基站,再由其上傳至終端,如此便能夠被用戶監(jiān)測。WRSNs 的應(yīng)用十分廣泛,在森林防火、生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測、室溫監(jiān)測、車輛追蹤等領(lǐng)域都離不開傳感器網(wǎng)絡(luò)。 這些應(yīng)用給WRSNs 提出了一個共同的需求,即,傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠持續(xù)有效的工作,并且不需要高頻率的維護。 由于傳感器節(jié)點的電池容量小,能量問題成為約束傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一大瓶頸。 現(xiàn)有的能量補充技術(shù)根據(jù)充電范圍可以分為單對單充電技術(shù)[4](one to one charging,OO)和單對多充電技術(shù)[5-8](one to many charging,OM)。 單對單充電技術(shù)中MC 只能同時給一個節(jié)點充電,為了使充電效率最高,往往將MC 緊貼著傳感器節(jié)點進行充電,如此導致充電成本過高,其他節(jié)點等不到充電就能量耗盡死亡。 單對多充電技術(shù)基于磁耦合諧振充電技術(shù),MC 可以同時為充電范圍內(nèi)的多個傳感器節(jié)點同時進行能量補充。 磁耦合諧振充電技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)中的多跳能量傳輸,該技術(shù)在文獻[9-10]中有詳細描述,將發(fā)射線圈和接收線圈調(diào)節(jié)成相同頻率,能量可通過強諧振耦合在線圈之間發(fā)生傳遞,能夠有效延長充電距離,增加網(wǎng)絡(luò)的可拓展性。 基于磁耦合諧振充電技術(shù)的單對多充電方案的相關(guān)工作往往是將充電問題轉(zhuǎn)化為充電覆蓋問題,即在充電范圍內(nèi)盡可能多的覆蓋節(jié)點,提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率,如此便能有效減少充電小車的移動成本和時間,為網(wǎng)絡(luò)生存爭取更長的周期。 但是現(xiàn)有工作往往忽略了磁耦合諧振充電技術(shù)的能量分配,對于充電小車的??课恢脹]有考慮發(fā)射線圈與接收線圈、以及多個接收線圈之間的高度、角度和距離等物理因素產(chǎn)生的互感對能量傳輸效率的影響,本文基于前人關(guān)于互感[11-13]的研究工作,提出一個有效的基于磁耦合諧振技術(shù)的在線一對多充電方案,默認線圈部署的高度和角度相同,根據(jù)線圈間的距離變化對充電效率的影響規(guī)律,來確定移動充電裝置的具體的最優(yōu)停靠位置,本方案滿足以下約束條件:首先要在盡可能覆蓋更多節(jié)點的情況下使總充電效率最高;其次,電池的過度充電會對電池的壽命有一定影響,因此要盡量避免充電過度,這便提出兩個要求,一是未發(fā)出充電請求的節(jié)點,即使在MC 充電覆蓋范圍內(nèi),也不要對其進行充電,二是在同一個充電覆蓋范圍內(nèi)的多個請求充電的節(jié)點,盡可能根據(jù)其需求電量來規(guī)劃MC 的??课恢?,如此能夠時多個節(jié)點盡量在同一個時間點完成能量補充,不僅能夠保護電池,還能夠有效減少總的充電耗時,增長網(wǎng)絡(luò)生存時間。
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| 發(fā)布時間:2021.05.16 來源:充電器廠家 |
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