輻射式無線電能傳輸系統(tǒng)中多個接收端調度方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輻射式無線電能傳輸系統(tǒng)中多個接收端調度方法，包括：統(tǒng)計上一個能量傳輸周期中正在接入進行能量傳輸?shù)慕邮斩?，并根?jù)接收端的當前電量和距離信息，進行優(yōu)先級計算，再按照優(yōu)先級從高到低排序，形成傳輸隊列；對于剩余的接收端，采用同樣的方式進行優(yōu)先級計算，并按照優(yōu)先級從高到低排序，形成等待傳輸隊列；根據(jù)各接收端當前電量對傳輸隊列以及等待傳輸隊列中的接收端進行調整；在當前能量傳輸周期的每個時隙，獲得每一時隙對應的調整后的傳輸隊列中各接收端的位置、期望功率與傳輸頻率，并根據(jù)獲得的信息向接收端傳輸能量。該方法在保證能量傳輸效率和避免接收端處于低電量的同時，實現(xiàn)發(fā)射端對多個接收端的有序管理和調度。
【專利說明】
輻射式無線電能傳輸系統(tǒng)中多個接收端調度方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及無線電能傳輸技術領域，尤其涉及一種輻射式無線電能傳輸系統(tǒng)中多 個接收端調度方法。
【背景技術】
[0002] 無線能量傳輸(Wireless Power Transfer，WPT)，指的是電能從電源到負載的一 種沒有經(jīng)過電氣直接接觸的能量傳輸方式。根據(jù)傳輸機理不同，無線能量傳輸主要可以分 為電磁感應式，磁場共振式，福射式。其中福射式又可分為無線電波方式，微波方式，激光方 式和超聲波方式。
[0003] 21世紀，人類面臨著實現(xiàn)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，環(huán)境和能源問題已 日益成為全球的突出問題之一。如何有效地利用現(xiàn)有能源，已引起各國學者的廣泛關注。新 型的電能存儲和傳輸技術，如飛輪電池、超級電容和無線電能傳輸技術等是實現(xiàn)能源高效 利用的重要途徑。
[0004] 主流的無線充電標準有三大類：Qi標準、Power Matters Alliance(PMA)標準、 Alliance for Wireless Power((A4WP)標準。Qi標準和PMA標準基于的是電磁感應技術， A4WP標準基于的是磁共振技術。輻射式無線電能傳輸技術，相對于電磁感應和磁共振技術， 具有更遠的傳輸距離和更好的便利性，具有很大研究價值和應用前景，特別是對于無線傳 感網(wǎng)絡。該方式主要采用微波波段進行電能傳輸。微波是波長介于無線電波和紅外線之間 的電磁波。由于頻率較高，能順利通過電離層而不反射。宇宙空間對微波傳輸十分理想，幾 乎沒有能量損耗，通過大氣層時的損耗約為2%。微波輸電利用電磁輻射原理，由電源送出 電力，通過微波轉換器將工頻交流電變換成微波，再通過發(fā)射端的微波發(fā)射天線送到空間， 然后傳輸?shù)降孛嫖⒉ń邮斩?，接收到的微波通過轉換器將微波變換成工頻交流電，供用戶 使用。然而，現(xiàn)有的主流標準技術并沒有針對輻射式無線電能傳輸?shù)臉藴士刂茀f(xié)議。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種輻射式無線電能傳輸系統(tǒng)中多個接收端調度方法，在保 證能量傳輸效率和避免接收端處于低電量狀態(tài)的同時，實現(xiàn)發(fā)射端對多個接收端的有序管 理和調度。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0007] -種輻射式無線電能傳輸系統(tǒng)中多個接收端調度方法，包括：
[0008]統(tǒng)計上一個能量傳輸周期中正在接入進行能量傳輸?shù)慕邮斩?，并根?jù)接收端的當 前電量和距離信息，進行優(yōu)先級計算，再按照優(yōu)先級從高到低進行排序，形成傳輸隊列； [0009]對于剩余的其他接收端，采用同樣的方式進行優(yōu)先級計算，并按照優(yōu)先級從高到 低進行排序，形成等待傳輸隊列；
[0010]采用預定的方式，根據(jù)各個接收端當前電量與優(yōu)先級對傳輸隊列以及等待傳輸隊 列中的接收端進行調整；
[0011] 在當前能量傳輸周期的每個時隙，獲得每一時隙對應的調整后的傳輸隊列中各個 接收端的位置、期望功率以及傳輸頻率信息，并根據(jù)獲得的信息通過定向天線向對應的接 收端傳輸能量。
[0012] 進一步的，所述優(yōu)先級計算的公式為：
[0013]
[0014]其中，pry(k)表示第k個接收端Uk的優(yōu)先級，prymax表示絕對最大優(yōu)先級，prymin表 示絕對最小優(yōu)先級，D(k)表示第k個接收端Uk距離基站的距離，D表示發(fā)射端的無線能量傳 輸覆蓋范圍；L(k)表示第k個接收端Uk的當前電量，1表示設定的最低電量閾值，d表示設定 的接收端最遠距離閾值。
[0015] 進一步的，所述采用預定的方式，根據(jù)各個接收端當前電量與優(yōu)先級對傳輸隊列 以及等待傳輸隊列中的接收端進行調整包括：
[0016] 將所述等待傳輸隊列中，根據(jù)當前電量和距離信息計算出優(yōu)先級為prymax的接收 端將加入傳輸隊列進行優(yōu)先級排序，如果加入該接收端后，傳輸隊列中接收端個數(shù)超出范 圍，則將傳輸隊列中優(yōu)先級最低的接收端移出傳輸隊列加入到等待傳輸隊列中；
[0017] 以及，當傳輸隊列中存在當前電量為滿電量的接收端時，將相應的接收端移出傳 輸隊列，并按照等待傳輸隊列中優(yōu)先級從高到底的順序取出相應數(shù)量的接收端加入到傳輸 隊列。
[0018] 由上述本發(fā)明提供的技術方案可以看出，基于電量信息和距離信息進行能量傳輸 優(yōu)先級計算，并基于電量信息與優(yōu)先級進行接收端的調整，避免接收端工作在低電量狀態(tài) 的和保證能量傳輸效率的同時，實現(xiàn)發(fā)射端對多個接收端的有序管理和調度。
【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本 領域的普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 附圖。
[0020] 圖1為本發(fā)明實施例提供的時分多址傳輸能量示意圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明實施例提供的一種輻射式無線電能傳輸系統(tǒng)中多個接收端調度方法 的流程圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明實施例提供的多個接收端調度方法的示意圖；
[0023] 圖4為本發(fā)明實施例提供的包含多個接收端的輻射式無線電能傳輸系統(tǒng)的場景示 意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒?發(fā)明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0025]輻射式無線電能傳輸技術，是依靠先進的定向天線收發(fā)微波束能量，在接收端依 靠高性能接收和整流技術，實現(xiàn)較遠距離的無線電能傳輸。這種技術，相對于電磁感應和磁 共振技術，具有更遠的傳輸距離和更好的便利性，具有很大研究價值和應用前景。
[0026] 在輻射式無線電能傳輸系統(tǒng)中，一個發(fā)射端通常要為多個接收端傳輸能量。為了 實現(xiàn)發(fā)射端對多個接收端的管理和調度，提供更好的傳輸能量服務。本發(fā)明提供了一種多 個接收端調度方法，設計了能量傳輸優(yōu)先級，在保證能量傳輸效率和避免接收端處于低電 量狀態(tài)的同時，實現(xiàn)了發(fā)射端對多個接收端的有序調度。
[0027] 本發(fā)明采用時分多址的方式，實現(xiàn)一個發(fā)射端同時為多個接收端提供無線能量傳 輸。
[0028] 如圖1所示，將一個無線能量傳輸周期T，等分為η個時隙。那么發(fā)射端最多可以η個 接收端同時傳輸能量。當發(fā)射端沒有多余的能量傳輸資源，請求傳輸能量的接收端需要進 入等待。在每一個時隙，發(fā)射端根據(jù)當前時隙對應接收端的位置、期望傳輸功率、傳輸頻率 等信息，通過定向天線定向傳輸無線能量。
[0029] 為了實現(xiàn)對在傳輸接收端和等待傳輸接收端的調度管理，本發(fā)明實施例定義了兩 個隊列。
[0030] 第一個是隊列1，也稱在傳輸隊列，用于在傳輸接收端在一個能量傳輸周期開始時 的排序，發(fā)射端以此隊列來對應每個時隙的傳輸能量接收端。
[0031] 第二個是隊列2,也稱等待傳輸隊列，用于等待傳輸接收端在一個能量傳輸周期開 始時的排序，當發(fā)射端有可用資源，通過隊列2選擇接收端接入傳輸隊列。
[0032]為了規(guī)范兩個隊列的排序，接下來定義了接收端能量傳輸優(yōu)先級和優(yōu)先級計算公 式。主要內(nèi)容如下：
[0033] 1)隊列1中，優(yōu)先級更高的接收端在能量傳輸周期更前的時隙傳輸能量;隊列2中， 優(yōu)先更高的接收端在可接入進行能量傳輸?shù)臅r候優(yōu)先接入。
[0034] 2)接收端的傳輸優(yōu)先級根據(jù)接收端的當前電量和距離信息計算獲得。
[0035] 3)優(yōu)先級是動態(tài)的，每個能量傳輸周期結束后，根據(jù)每個接收端反饋的電量和距 離信息，重新計算和分配優(yōu)先級。
[0036]所述優(yōu)先級計算的公式為：
[0037]
[0038]其中，pry(k)表示第k個接收端Uk的優(yōu)先級，prymax表示絕對最大優(yōu)先級，prymin表 示絕對最小優(yōu)先級，D(k)表示第k個接收端Uk距離基站的距離，D表示發(fā)射端的無線能量傳 輸覆蓋范圍；L(k)表示第k個接收端Uk的當前電量，1表示設定的最低電量閾值，d表示設定 的接收端最遠距離閾值。
[0039] 本發(fā)明實施例中，輻射式無線電能傳輸系統(tǒng)中多個接收端調度方法的流程如圖2 所示，其主要包括：
[0040] 步驟21、統(tǒng)計上一個能量傳輸周期中正在接入進行能量傳輸?shù)慕邮斩?，并根?jù)接 收端的當前電量和距離信息，進行優(yōu)先級計算，再按照優(yōu)先級從高到低進行排序，形成傳輸 隊列。
[0041] 其中，接收端的當前電量和距離信息都是由接收端直接反饋給發(fā)射端。
[0042]步驟22、對于剩余的其他接收端，采用同樣的方式進行優(yōu)先級計算，并按照優(yōu)先級 從高到低進行排序，形成等待傳輸隊列。
[0043]步驟23、采用預定的方式，根據(jù)各個接收端當前電量與優(yōu)先級對傳輸隊列以及等 待傳輸隊列中的接收端進行調整。
[0044] 具體為:將所述等待傳輸隊列中，根據(jù)當前電量和距離信息計算出優(yōu)先級為prymax 的接收端將加入傳輸隊列進行優(yōu)先級排序，如果加入該接收端后，傳輸隊列中接收端個數(shù) 超出范圍，則將傳輸隊列中優(yōu)先級最低的接收端移出傳輸隊列加入到等待傳輸隊列中；以 及，當傳輸隊列中存在當前電量為滿電量的接收端時，將相應的接收端移出傳輸隊列，并按 照等待傳輸隊列中優(yōu)先級從高到底的順序取出相應數(shù)量的接收端加入到傳輸隊列。
[0045] 步驟24、在當前能量傳輸周期的每個時隙，獲得每一時隙對應的調整后的傳輸隊 列中各個接收端的位置、期望功率以及傳輸頻率信息，并根據(jù)獲得的信息通過定向天線向 對應的接收端傳輸能量。
[0046] 為了更為直觀的了解多個接收端調度與能量傳輸過程，也可參見圖3。
[0047] 下面結合一個具體示例對圖2所述的流程進行說明。
[0048] 如圖4所示，包含多個接收端的輻射式無線電能傳輸系統(tǒng)的場景。接收端通過捕獲 無線能量發(fā)射基站發(fā)射的能量進行充電。假設發(fā)射端最大能為η個接收端同時傳輸能量。當 在發(fā)射端覆蓋傳輸能量范圍內(nèi)，需進行能量傳輸?shù)慕邮斩藗€數(shù)為n+m個。發(fā)射端對這些接收 端能量傳輸調度方法如下：
[0049] 在一個充電周期結束后，正在接入充電的η個接收端，根據(jù)接收端反饋的當前電量 和距離信息，通過優(yōu)先級公式計算每個在傳輸接收端的優(yōu)先級，按優(yōu)先級排列成一個在隊 列1;對于其他m個接收端，則根據(jù)接收端當前電量和距離，通過優(yōu)先級公式計算每個等待接 收端的優(yōu)先級，按優(yōu)先級排列成一個隊列2,如果m個接收端中出現(xiàn)優(yōu)先級為pry max的接收 端，那么該接收端將加入在隊列1，進行優(yōu)先級排列，若此時隊列1中接收端個數(shù)為n+1，則優(yōu) 先級最低的用戶將被移出隊列1，加入隊列2排列；當隊列1中存在接收端能量接收已滿，則 將相應的接收端移出隊列1，然后將隊列2中優(yōu)先級最高的接收端移入隊列1;確定隊列1和 隊列2后，發(fā)射端基于隊列1，在能量傳輸周期的每個時隙，獲得時隙對應的接收端的位置， 期望功率等信息，然后根據(jù)這些信息通過定向天線向該接收端傳輸能量。
[0050] 通過以上的實施方式的描述，本領域的技術人員可以清楚地了解到上述實施例可 以通過軟件實現(xiàn)，也可以借助軟件加必要的通用硬件平臺的方式來實現(xiàn)?；谶@樣的理解， 上述實施例的技術方案可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該軟件產(chǎn)品可以存儲在一個非易 失性存儲介質（可以是CD-R0M，U盤，移動硬盤等）中，包括若干指令用以使得一臺計算機設 備(可以是個人計算機，服務器，或者網(wǎng)絡設備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述的方法。
[0051]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明披露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范 圍為準。
【主權項】
1. 一種輻射式無線電能傳輸系統(tǒng)中多個接收端調度方法，其特征在于，包括： 統(tǒng)計上一個能量傳輸周期中正在接入進行能量傳輸?shù)慕邮斩?，并根?jù)接收端的當前電 量和距離信息，進行優(yōu)先級計算，再按照優(yōu)先級從高到低進行排序，形成傳輸隊列； 對于剩余的其他接收端，采用同樣的方式進行優(yōu)先級計算，并按照優(yōu)先級從高到低進 行排序，形成等待傳輸隊列； 采用預定的方式，根據(jù)各個接收端當前電量與優(yōu)先級對傳輸隊列以及等待傳輸隊列中 的接收端進行調整； 在當前能量傳輸周期的每個時隙，獲得每一時隙對應的調整后的傳輸隊列中各個接收 端的位置、期望功率以及傳輸頻率信息，并根據(jù)獲得的信息通過定向天線向對應的接收端 傳輸能量。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種輻射式無線電能傳輸系統(tǒng)中多個接收端調度方法，其特 征在于，所述優(yōu)先級計算的公式為：其中，pry (k)表示第k個接收端Uk的優(yōu)先級，prym￡?表示絕對最大優(yōu)先級，prymin表示絕對 最小優(yōu)先級，D(k)表示第k個接收端Uk距離基站的距離，D表示發(fā)射端的無線能量傳輸覆蓋 范圍；L(k)表示第k個接收端U k的當前電量，1表示設定的最低電量閾值，d表示設定的接收 端最遠距離閾值。3. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種輻射式無線電能傳輸系統(tǒng)中多個接收端調度方法，其 特征在于，所述采用預定的方式，根據(jù)各個接收端當前電量與優(yōu)先級對傳輸隊列以及等待 傳輸隊列中的接收端進行調整包括： 將所述等待傳輸隊列中，根據(jù)當前電量和距離信息計算出優(yōu)先級為Prymax的接收端將 加入傳輸隊列進行優(yōu)先級排序，如果加入該接收端后，傳輸隊列中接收端個數(shù)超出范圍，則 將傳輸隊列中優(yōu)先級最低的接收端移出傳輸隊列加入到等待傳輸隊列中； 以及，當傳輸隊列中存在當前電量為滿電量的接收端時，將相應的接收端移出傳輸隊 列，并按照等待傳輸隊列中優(yōu)先級從高到底的順序取出相應數(shù)量的接收端加入到傳輸隊 列。
【文檔編號】H02J50/80GK105896748SQ201610270565
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】楊堅, 鄧理淙, 蔡委哲, 吳曉民, 謝金森
【申請人】中國科學技術大學