同頻並行無線充電中的群廣播調度問題研究

《同頻並行無線充電中的群廣播調度問題研究》是依託華中科技大學，由郭鵬擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：同頻並行無線充電中的群廣播調度問題研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：郭鵬
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

無線充電效率的快速提升，使長距（＞10米）無線充電成為可能，由此給感測器網路套用賦予新的活力。本項目提出同頻並行無線充電思想，可倍增局部無線充電效能，同時也因無線電干涉效應而導致不同區域充電效率極不均衡，因而需要合理調度。項目將研究同頻並行無線充電實現技術及其群廣播調度問題。該類問題不同於經典組合最佳化問題之處在於：調度對象的效用與約束對象間呈多對多映射關係；調度對象的效用不可獨立計算且不具備單調性原則；最佳化目標較特殊——為最小化調度對象的行為數。該類問題的研究，對非單調廣播下策略規劃類套用，亦有參考意義。.項目創新性體現在：觀察到同頻率多路無線充電信號的局部倍增效應，並提出同頻並行無線充電思想；對不同典型充電場景下同頻無線充電站的調度需求，抽象為一系列較具代表性的新型組合調度問題；探索相位可控下的同頻並行無線充電技術，在進一步提高充電效能下，研究調度對象效用可變下的非單調群廣播調度問題。

結題摘要

無線充電技術，可解決感測器網路長期工作的能耗問題，因而受到廣泛關注。近年來無線充電效率的提升，使得十餘米開外無線充電成為可能，由此極大擴展了感測器網路的套用。由於無線充電這種全向能量擴散、點域能量接收的充電方式，電磁波大部分能量在空間散失。本項目提出同頻並行無線充電思想，可倍增局部無線充電效能，例如在 路信號強度及相位相同下，同頻並行無線充電的功率為 倍於非同頻並行無線充電的充電功率，從而顯著提升無線充電速度。然而，同頻並行無線充電也因無線電干涉效應而導致不同區域充電效率極不均衡，因而需要合理調度。項目研究了同頻並行無線充電實現技術及其群廣播調度問題。該類問題不同於經典組合最佳化問題之處在於：調度對象的效用與約束對象間呈多對多映射關係；調度對象的效用不可獨立計算且不具備單調性原則；最佳化目標較特殊——為最小化調度對象的行為數。項目最終實現了發射功率達4W的915MHz頻段無線充電站，提出並實現了各無線充電站發射同頻同相電磁波的控制方法——即各充電站統一接收457MHz高頻信號作為輸入源，對其進行倍頻後，經不同移相控制，然後功放輻射出去。項目給出干涉效應下並行無線充電的充電模型，並進行了實驗驗證。項目完成了給定充電站部署和被充節點部署下的三種調度算法設計（兩種貪心+一種遺傳算法）。項目完成了給定被充節點部署下的最佳充電站部署算法（兩種貪心算法）。項目將這兩個問題轉化成子模覆蓋問題，並證明了其時間複雜度和性能上界為lnMT+1。本項目所研究的群廣播調度問題不僅僅存在於同頻並行無線充電技術中，也可運用於策略規劃套用領域，因為策略的效用也常常呈現區域上的非單調性和時域上的非線性特徵。本項目所研究相應的群廣播調度問題，對相關策略的設計亦具有參考意義。