[发明专利]面向线型认知无线网络的能量供给优化方法

说明书

本发明涉及一种面向线型认知无线网络的能量供给优化方法，针对认知无线网络设备充电问题亟待解决以及无线充电技术存在充电效率无法进一步提升的问题，通过数学优化手段，以最小化网络端到端中断概率为优化目标，实现认知无线网络中充电时间和充电功率的联合优化，在保障网络性能的前提下，通过设计合理的能量信标，一方面优化充电时间实现快速充电，另一方面优化充电功率，降低认知无线接入点的能耗。本发明方法可实现无线数据传输和无线能量供给的有序执行，有效降低网络管理成本。

技术领域

本发明涉及认知无线网络技术，具体地说是一种面向线型认知无线网络的能量供给优化方法。

背景技术

认知无线网络基于软件无线电技术，网络中的认知无线设备智能感知外界环境变化，运用“理解-构建”的方法学从周围环境中获取信息，并通过自适应调整功率、载频、调制方式等传输参数来适应环境的变化。动态频谱接入是认知无线网络高效运行的核心技术，目前主要有overlay、underlay和interweave三种方法。其中，overlay方法的原理为：认知无线设备以辅助主用户传输的方式，获得接入频段的机会，要求认知无线设备与主用户之间充分合作；underlay方法的原理为：认知无线设备进行严格的功率控制，在确保对主用户的干扰低于限定阈值的前提下，实现认知无线设备连续的频谱接入或者与主用户并行传输；interweave方法的原理为：认知无线设备通过采用专有信号处理和网络编码技术，预先进行频谱感知，选择未被主用户占用的频段进行通信，避免与主用户产生冲突。本发明方法面向最常用的underlay方法，对其中的功率进行优化控制。

认知无线设备需要不断地进行频谱感知、频谱分配、功率控制、移动管理等，能耗较高。传统手工更换电池或有线充电的方法，容易影响网络的正常运行，导致网络不稳定和资源浪费。特别是对于大规模认知无线网络，传统的手工更换电池或有线充电方案更加难以实现。因此，有效解决认知无线设备的充电问题迫在眉睫。

无线充电技术的兴起为解决认知无线设备的能量供给问题提供了一种有效方案。无线充电技术源于无线电能传输技术，利用电磁感应、电磁共振或电磁辐射，将供电设备的电能无线传递给用电设备上。目前，无线充电技术可为新能源汽车等大型设备充电，且充电效率可达90％以上。此外，国际上多个组织已经制定了相关的无线充电标准，例如PMA、Qi、A4WP等，为无线充电技术的推广提供了参考。然而，现有无线充电技术及其标准，未对充电时间和功率进行优化，导致充电效率无法进一步提升。

发明内容

针对认知无线网络设备充电问题亟待解决以及无线充电技术存在充电效率无法进一步提升的问题，且面向工业无线测控应用中最常用的线型网络拓扑，本发明要解决的技术问题是通过数学手段，实现认知无线网络中充电时间和充电功率的联合优化，提出一种面向线型认知无线网络的能量供给优化方法，进一步提升充电效率。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种面向线型认知无线网络的能量供给优化方法，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；

步骤4：认知无线接入点按照优化的参数，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。

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；