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無(wú)線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)一對(duì)多充電器方案

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無(wú)線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)一對(duì)多充電器方案

無(wú)線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Rechargeable Sensor Networks,WRSNs)由隨機(jī)部署在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)(Sensor Nodes,SNs)和可移動(dòng)的充電裝置(Mobile Charger,MC)組成。 傳感器節(jié)點(diǎn)將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)或基站,再由其上傳至終端,如此便能夠被用戶監(jiān)測(cè)。WRSNs 的應(yīng)用十分廣泛,在森林防火、生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、室溫監(jiān)測(cè)、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(gè)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(hù)。 由于傳感器節(jié)點(diǎn)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(bǔ)充技術(shù)根據(jù)充電范圍可以分為單對(duì)單充電技術(shù)[4](one to one charging,OO)和單對(duì)多充電技術(shù)[5-8](one to many charging,OM)。 單對(duì)單充電技術(shù)中MC 只能同時(shí)給一個(gè)節(jié)點(diǎn)充電,為了使充電效率最高,往往將MC 緊貼著傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電,如此導(dǎo)致充電成本過(guò)高,其他節(jié)點(diǎn)等不到充電就能量耗盡死亡。 單對(duì)多充電技術(shù)基于磁耦合諧振充電技術(shù),MC 可以同時(shí)為充電范圍內(nèi)的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行能量補(bǔ)充。

磁耦合諧振充電技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于無(wú)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(xiàn)[9-10]中有詳細(xì)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(guò)強(qiáng)諧振耦合在線圈之間發(fā)生傳遞,能夠有效延長(zhǎng)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(duì)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(diǎn),提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率,如此便能有效減少充電小車的移動(dòng)成本和時(shí)間,為網(wǎng)絡(luò)生存爭(zhēng)取更長(zhǎng)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(duì)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(gè)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(duì)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(gè)有效的基于磁耦合諧振技術(shù)的在線一對(duì)多充電方案,默認(rèn)線圈部署的高度和角度相同,根據(jù)線圈間的距離變化對(duì)充電效率的影響規(guī)律,來(lái)確定移動(dòng)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(diǎn)的情況下使總充電效率最高;其次,電池的過(guò)度充電會(huì)對(duì)電池的壽命有一定影響,因此要盡量避免充電過(guò)度,這便提出兩個(gè)要求,一是未發(fā)出充電請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn),即使在MC 充電覆蓋范圍內(nèi),也不要對(duì)其進(jìn)行充電,二是在同一個(gè)充電覆蓋范圍內(nèi)的多個(gè)請(qǐng)求充電的節(jié)點(diǎn),盡可能根據(jù)其需求電量來(lái)規(guī)劃MC 的??课恢茫绱四軌驎r(shí)多個(gè)節(jié)點(diǎn)盡量在同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)完成能量補(bǔ)充,不僅能夠保護(hù)電池,還能夠有效減少總的充電耗時(shí),增長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。


一對(duì)多充電器方案


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| 發(fā)布時(shí)間:2021.05.16    來(lái)源:充電器廠家
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