辐射式无线电能传输系统中多个接收端调度方法
【专利摘要】本发明公开了一种辐射式无线电能传输系统中多个接收端调度方法，包括：统计上一个能量传输周期中正在接入进行能量传输的接收端，并根据接收端的当前电量和距离信息，进行优先级计算，再按照优先级从高到低排序，形成传输队列；对于剩余的接收端，采用同样的方式进行优先级计算，并按照优先级从高到低排序，形成等待传输队列；根据各接收端当前电量对传输队列以及等待传输队列中的接收端进行调整；在当前能量传输周期的每个时隙，获得每一时隙对应的调整后的传输队列中各接收端的位置、期望功率与传输频率，并根据获得的信息向接收端传输能量。该方法在保证能量传输效率和避免接收端处于低电量的同时，实现发射端对多个接收端的有序管理和调度。
【专利说明】
辐射式无线电能传输系统中多个接收端调度方法
技术领域
[0001] 本发明涉及无线电能传输技术领域，尤其涉及一种辐射式无线电能传输系统中多 个接收端调度方法。
【背景技术】
[0002] 无线能量传输(Wireless Power Transfer，WPT)，指的是电能从电源到负载的一 种没有经过电气直接接触的能量传输方式。根据传输机理不同，无线能量传输主要可以分 为电磁感应式，磁场共振式，福射式。其中福射式又可分为无线电波方式，微波方式，激光方 式和超声波方式。
[0003] 21世纪，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，环境和能源问题已 日益成为全球的突出问题之一。如何有效地利用现有能源，已引起各国学者的广泛关注。新 型的电能存储和传输技术，如飞轮电池、超级电容和无线电能传输技术等是实现能源高效 利用的重要途径。
[0004] 主流的无线充电标准有三大类：Qi标准、Power Matters Alliance(PMA)标准、 Alliance for Wireless Power((A4WP)标准。Qi标准和PMA标准基于的是电磁感应技术， A4WP标准基于的是磁共振技术。辐射式无线电能传输技术，相对于电磁感应和磁共振技术， 具有更远的传输距离和更好的便利性，具有很大研究价值和应用前景，特别是对于无线传 感网络。该方式主要采用微波波段进行电能传输。微波是波长介于无线电波和红外线之间 的电磁波。由于频率较高，能顺利通过电离层而不反射。宇宙空间对微波传输十分理想，几 乎没有能量损耗，通过大气层时的损耗约为2%。微波输电利用电磁辐射原理，由电源送出 电力，通过微波转换器将工频交流电变换成微波，再通过发射端的微波发射天线送到空间， 然后传输到地面微波接收端，接收到的微波通过转换器将微波变换成工频交流电，供用户 使用。然而，现有的主流标准技术并没有针对辐射式无线电能传输的标准控制协议。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种辐射式无线电能传输系统中多个接收端调度方法，在保 证能量传输效率和避免接收端处于低电量状态的同时，实现发射端对多个接收端的有序管 理和调度。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种辐射式无线电能传输系统中多个接收端调度方法，包括：
[0008]统计上一个能量传输周期中正在接入进行能量传输的接收端，并根据接收端的当 前电量和距离信息，进行优先级计算，再按照优先级从高到低进行排序，形成传输队列； [0009]对于剩余的其他接收端，采用同样的方式进行优先级计算，并按照优先级从高到 低进行排序，形成等待传输队列；
[0010]采用预定的方式，根据各个接收端当前电量与优先级对传输队列以及等待传输队 列中的接收端进行调整；
[0011] 在当前能量传输周期的每个时隙，获得每一时隙对应的调整后的传输队列中各个 接收端的位置、期望功率以及传输频率信息，并根据获得的信息通过定向天线向对应的接 收端传输能量。
[0012] 进一步的，所述优先级计算的公式为：
[0013]
[0014]其中，pry(k)表示第k个接收端Uk的优先级，prymax表示绝对最大优先级，prymin表 示绝对最小优先级，D(k)表示第k个接收端Uk距离基站的距离，D表示发射端的无线能量传 输覆盖范围；L(k)表示第k个接收端Uk的当前电量，1表示设定的最低电量阈值，d表示设定 的接收端最远距离阈值。
[0015] 进一步的，所述采用预定的方式，根据各个接收端当前电量与优先级对传输队列 以及等待传输队列中的接收端进行调整包括：
[0016] 将所述等待传输队列中，根据当前电量和距离信息计算出优先级为prymax的接收 端将加入传输队列进行优先级排序，如果加入该接收端后，传输队列中接收端个数超出范 围，则将传输队列中优先级最低的接收端移出传输队列加入到等待传输队列中；
[0017] 以及，当传输队列中存在当前电量为满电量的接收端时，将相应的接收端移出传 输队列，并按照等待传输队列中优先级从高到底的顺序取出相应数量的接收端加入到传输 队列。
[0018] 由上述本发明提供的技术方案可以看出，基于电量信息和距离信息进行能量传输 优先级计算，并基于电量信息与优先级进行接收端的调整，避免接收端工作在低电量状态 的和保证能量传输效率的同时，实现发射端对多个接收端的有序管理和调度。
【附图说明】
[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 附图。
[0020] 图1为本发明实施例提供的时分多址传输能量示意图；
[0021] 图2为本发明实施例提供的一种辐射式无线电能传输系统中多个接收端调度方法 的流程图；
[0022] 图3为本发明实施例提供的多个接收端调度方法的示意图；
[0023] 图4为本发明实施例提供的包含多个接收端的辐射式无线电能传输系统的场景示 意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明的保护范围。
[0025]辐射式无线电能传输技术，是依靠先进的定向天线收发微波束能量，在接收端依 靠高性能接收和整流技术，实现较远距离的无线电能传输。这种技术，相对于电磁感应和磁 共振技术，具有更远的传输距离和更好的便利性，具有很大研究价值和应用前景。
[0026] 在辐射式无线电能传输系统中，一个发射端通常要为多个接收端传输能量。为了 实现发射端对多个接收端的管理和调度，提供更好的传输能量服务。本发明提供了一种多 个接收端调度方法，设计了能量传输优先级，在保证能量传输效率和避免接收端处于低电 量状态的同时，实现了发射端对多个接收端的有序调度。
[0027] 本发明采用时分多址的方式，实现一个发射端同时为多个接收端提供无线能量传 输。
[0028] 如图1所示，将一个无线能量传输周期T，等分为η个时隙。那么发射端最多可以η个 接收端同时传输能量。当发射端没有多余的能量传输资源，请求传输能量的接收端需要进 入等待。在每一个时隙，发射端根据当前时隙对应接收端的位置、期望传输功率、传输频率 等信息，通过定向天线定向传输无线能量。
[0029] 为了实现对在传输接收端和等待传输接收端的调度管理，本发明实施例定义了两 个队列。
[0030] 第一个是队列1，也称在传输队列，用于在传输接收端在一个能量传输周期开始时 的排序，发射端以此队列来对应每个时隙的传输能量接收端。
[0031] 第二个是队列2,也称等待传输队列，用于等待传输接收端在一个能量传输周期开 始时的排序，当发射端有可用资源，通过队列2选择接收端接入传输队列。
[0032]为了规范两个队列的排序，接下来定义了接收端能量传输优先级和优先级计算公 式。主要内容如下：
[0033] 1)队列1中，优先级更高的接收端在能量传输周期更前的时隙传输能量;队列2中， 优先更高的接收端在可接入进行能量传输的时候优先接入。
[0034] 2)接收端的传输优先级根据接收端的当前电量和距离信息计算获得。
[0035] 3)优先级是动态的，每个能量传输周期结束后，根据每个接收端反馈的电量和距 离信息，重新计算和分配优先级。
[0036]所述优先级计算的公式为：
[0037]
[0038]其中，pry(k)表示第k个接收端Uk的优先级，prymax表示绝对最大优先级，prymin表 示绝对最小优先级，D(k)表示第k个接收端Uk距离基站的距离，D表示发射端的无线能量传 输覆盖范围；L(k)表示第k个接收端Uk的当前电量，1表示设定的最低电量阈值，d表示设定 的接收端最远距离阈值。
[0039] 本发明实施例中，辐射式无线电能传输系统中多个接收端调度方法的流程如图2 所示，其主要包括：
[0040] 步骤21、统计上一个能量传输周期中正在接入进行能量传输的接收端，并根据接 收端的当前电量和距离信息，进行优先级计算，再按照优先级从高到低进行排序，形成传输 队列。
[0041] 其中，接收端的当前电量和距离信息都是由接收端直接反馈给发射端。
[0042]步骤22、对于剩余的其他接收端，采用同样的方式进行优先级计算，并按照优先级 从高到低进行排序，形成等待传输队列。
[0043]步骤23、采用预定的方式，根据各个接收端当前电量与优先级对传输队列以及等 待传输队列中的接收端进行调整。
[0044] 具体为:将所述等待传输队列中，根据当前电量和距离信息计算出优先级为prymax 的接收端将加入传输队列进行优先级排序，如果加入该接收端后，传输队列中接收端个数 超出范围，则将传输队列中优先级最低的接收端移出传输队列加入到等待传输队列中；以 及，当传输队列中存在当前电量为满电量的接收端时，将相应的接收端移出传输队列，并按 照等待传输队列中优先级从高到底的顺序取出相应数量的接收端加入到传输队列。
[0045] 步骤24、在当前能量传输周期的每个时隙，获得每一时隙对应的调整后的传输队 列中各个接收端的位置、期望功率以及传输频率信息，并根据获得的信息通过定向天线向 对应的接收端传输能量。
[0046] 为了更为直观的了解多个接收端调度与能量传输过程，也可参见图3。
[0047] 下面结合一个具体示例对图2所述的流程进行说明。
[0048] 如图4所示，包含多个接收端的辐射式无线电能传输系统的场景。接收端通过捕获 无线能量发射基站发射的能量进行充电。假设发射端最大能为η个接收端同时传输能量。当 在发射端覆盖传输能量范围内，需进行能量传输的接收端个数为n+m个。发射端对这些接收 端能量传输调度方法如下：
[0049] 在一个充电周期结束后，正在接入充电的η个接收端，根据接收端反馈的当前电量 和距离信息，通过优先级公式计算每个在传输接收端的优先级，按优先级排列成一个在队 列1;对于其他m个接收端，则根据接收端当前电量和距离，通过优先级公式计算每个等待接 收端的优先级，按优先级排列成一个队列2,如果m个接收端中出现优先级为pry max的接收 端，那么该接收端将加入在队列1，进行优先级排列，若此时队列1中接收端个数为n+1，则优 先级最低的用户将被移出队列1，加入队列2排列；当队列1中存在接收端能量接收已满，则 将相应的接收端移出队列1，然后将队列2中优先级最高的接收端移入队列1;确定队列1和 队列2后，发射端基于队列1，在能量传输周期的每个时隙，获得时隙对应的接收端的位置， 期望功率等信息，然后根据这些信息通过定向天线向该接收端传输能量。
[0050] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可 以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解， 上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易 失性存储介质（可以是CD-R0M，U盘，移动硬盘等）中，包括若干指令用以使得一台计算机设 备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0051]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范 围为准。
【主权项】
1. 一种辐射式无线电能传输系统中多个接收端调度方法，其特征在于，包括： 统计上一个能量传输周期中正在接入进行能量传输的接收端，并根据接收端的当前电 量和距离信息，进行优先级计算，再按照优先级从高到低进行排序，形成传输队列； 对于剩余的其他接收端，采用同样的方式进行优先级计算，并按照优先级从高到低进 行排序，形成等待传输队列； 采用预定的方式，根据各个接收端当前电量与优先级对传输队列以及等待传输队列中 的接收端进行调整； 在当前能量传输周期的每个时隙，获得每一时隙对应的调整后的传输队列中各个接收 端的位置、期望功率以及传输频率信息，并根据获得的信息通过定向天线向对应的接收端 传输能量。2. 根据权利要求1所述的一种辐射式无线电能传输系统中多个接收端调度方法，其特 征在于，所述优先级计算的公式为：其中，pry (k)表示第k个接收端Uk的优先级，prym￡?表示绝对最大优先级，prymin表示绝对 最小优先级，D(k)表示第k个接收端Uk距离基站的距离，D表示发射端的无线能量传输覆盖 范围；L(k)表示第k个接收端U k的当前电量，1表示设定的最低电量阈值，d表示设定的接收 端最远距离阈值。3. 根据权利要求1或2所述的一种辐射式无线电能传输系统中多个接收端调度方法，其 特征在于，所述采用预定的方式，根据各个接收端当前电量与优先级对传输队列以及等待 传输队列中的接收端进行调整包括： 将所述等待传输队列中，根据当前电量和距离信息计算出优先级为Prymax的接收端将 加入传输队列进行优先级排序，如果加入该接收端后，传输队列中接收端个数超出范围，则 将传输队列中优先级最低的接收端移出传输队列加入到等待传输队列中； 以及，当传输队列中存在当前电量为满电量的接收端时，将相应的接收端移出传输队 列，并按照等待传输队列中优先级从高到底的顺序取出相应数量的接收端加入到传输队 列。
【文档编号】H02J50/80GK105896748SQ201610270565
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】杨坚, 邓理淙, 蔡委哲, 吴晓民, 谢金森
【申请人】中国科学技术大学