[发明专利]面向线型认知无线网络的能量供给优化方法

权利要求书

1.一种面向线型认知无线网络的能量供给优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立具有能量捕获功能的线型认知无线网络；

步骤2：线型认知无线网络中的所有认知无线接入点和认知无线设备评估信道质量；

步骤3：认知无线接入点以最小化端到端中断概率为优化目标，对充电时间和充电功率进行联合优化；

所述步骤3包括以下步骤：

(1)优化目标的选取：以最小化线型认知无线网络端到端的中断概率为优化目标，即P_out(P,t)设计为：

其中，P和t分别表示认知无线接入点广播能量信标的功率和持续时间；K₁()表示一阶第二类修正贝塞尔函数；表示能量收集时间和数据传输时间的比值；T表示超帧时长；K表示线型认知无线网络的跳数；ξ表示认知无线设备的能量收集效率；λ_Ek、λ_Ik、λ_Dk分别为无线充电链路，干扰链路和数据传输链路上的Rayleigh信道参数；分别为无线充电链路、干扰链路和数据传输链路上源设备和目的设备之间的距离；α表示路径损耗参数；σ²表示噪声功率；I_p表示主用户所能承受的最大干扰功率；R表示中断容量，即网络发送中断的最低速率阈值；

(2)约束条件设计：根据硬件设置和用户需求，对认知无线接入点广播能量信标的功率和持续时间进行约束：

s.t.0＜P≤P_max

0＜t≤T

其中，根据硬件确定最大发射功率P_max，认知无线接入点广播能量信标的功率P介于0和P_max之间；认知无线接入点广播能量信标的持续时间介于0和T之间；

(3)优化求解：基于(1)和(2)表示的优化目标和约束条件，计算最优解；

步骤4：认知无线接入点按照优化的参数，广播能量信标；

所述步骤4具体是指认知无线接入点按照优化的参数t和P，在公共控制信道上按照超帧结构以功率P广播能量信标；

步骤5：认知无线设备接收能量信标，进行能量转换与存储；

步骤6：认知无线设备传输数据。

2.根据权利要求1所述的面向线型认知无线网络的能量供给优化方法，其特征在于，所述具有能量捕获功能的线型认知无线网络，包括认知无线接入点和认知无线设备，其中：

认知无线接入点采用外接电源供电，负责在公共控制信道上广播能量信标，为认知无线设备进行无线充电；

认知无线设备依靠能量捕获技术获得能源，负责将采集到的现场数据发送或者转发给目的认知无线设备；并接收认知无线接入点的能量信标。

3.根据权利要求1所述的面向线型认知无线网络的能量供给优化方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：

认知无线接入点获得网络中所有信道的信道增益状态信息；

每个认知无线设备一方面获得其与下一跳邻居认知无线设备之间的信道增益状态信息，另一方面获得其与主用户之间的信道增益状态信息；认知无线设备将获得的全部信道增益状态信息通过公共控制信道上报给认知无线接入点。

4.根据权利要求1所述的面向线型认知无线网络的能量供给优化方法，其特征在于，所述优化求解，具体包括以下步骤：

A.初始化网络的各项参数，包括跳数、能量收集效率、信道的状态信息、主用户所能承受的最大干扰功率，并任意初始化一个满足约束条件0＜t≤T的无线充电时间t；

B.给定t，通过牛顿法求解使中断概率值最小的无线充电功率P；

C.以求解所得的P为给定值，一维搜索t，使中断概率值最小；

D.迭代求解t和P，直到在满足误差的前提下，中断概率不再降低；

E.循环执行步骤A-D，获得充电时间t和充电功率P的值。

5.根据权利要求4所述的面向线型认知无线网络的能量供给优化方法，其特征在于，所述一维搜索具体为：在区间t∈[0,T]内进行；以t＝0为起点，以Δt为步长，按t^k+1＝t^k+Δt(k＝1,2,3…)进行，直到t＝T停止搜索，找到中断概率最小的t。