[发明专利]面向无线供电网络的时间分配优化方法

权利要求书

1.一种面向无线供电网络的时间分配优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：获取网络状态信息，包括：用户i在帧r下的实际数据队列积压用户i在帧r下的实际能量队列积压用户i在帧r下的虚拟数据队列积压Q_i[r]；用户i在帧r下的虚拟能量队列积压Z_i[r]；用户i在帧r下H-AP节点的信道增益g_i[r]；来自于自于高斯白噪声的信噪比差距Γ；循环对称负高斯分布的方差σ²；用户i在帧r下从自然界采集的能量ε_i[r]；每一帧下H-AP用于给每个用户无线充电的时间τ₀，其最大值不能超过τ_max；用户i在帧r下在τ₀时间内从H-AP节点获取的电能E_i[r]；用户i在帧r下传输给H-AP节点的数据量R_i[r]；用户i在帧r下的传输功率P_i[r]，其最大值不能超过P_max；

对于分配给每个用户用于向H-AP传输数据的时间τ_i[r]、每个用户向H-AP传输数据所消耗掉的自身能量η_i[r]以及每个用户从自然界获取数据的速率λ_i[r]，有以下的吞吐量最大化问题：

0≤λ_i[r]≤λ_max,i＝1,2,3...k

0≤P_i[r]≤P_max,i＝1,2,3...k

0＜τ_i[r]＜τ_max,i＝1,2,3...k

其中：

f(τ_i[r],η_i[r])＝Z_i[r]η_i[r]+Q_i[r]R_i[r]，

g(λ_i[r])＝Q_i[r]λ_i[r]-VU(λ_i[r])，

V表示李亚普诺夫算法惩罚参数，U(λ_i[r])表示效用函数，这个函数是递增的且二次可导，满足严格凹函数，并且初始有界满足U(0)＝0，用效用函数来描述吞吐速率，效用函数表示为U(x)＝log₂(1+x)；

第二步：取初始k值为1，为q^k取定初始范围q^k∈[q_min,q_max]，q_min为大于等于0的常数，为q^k赋值q^k＝(q_min+q_max)/2,并令q^k与比较大小，sup{A}表示取A上确界，则有以下问题：

0≤λ_i[r]≤λ_max,i＝1,2,3...k

0≤P_i[r]≤P_max,i＝1,2,3...k

0＜τ_i[r]＜τ_max,i＝1,2,3...k

其中：q^*表示q^k范围内的任一解；

第三步：第二步中的问题由三个变量λ_i[r]、τ_i[r]与η_i[r]组成，由于这三个变量之间不具有耦合性，则可以将第二步中的问题分解为两个子问题：

子问题P1：

子问题P2：

而由于每个用户之间不存在耦合干扰，则可以将子问题P1与子问题P2分解为对每个用户i均有：

子问题P3：

子问题P4：

第四步：获取第三步所求出的每个用户i在帧r下的λ_i[r]、τ_i[r]与η_i[r]，然后代入若则令q_max＝q^k，k＝k+1，并回到第二步；若则令q_min＝q^k，k＝k+1，并回到第二步；若视为最优值，则继续第五步，其中κ为设定的精度值；

第五步：通过以上步骤获取每个用户i在帧r下的λ_i[r]、τ_i[r]与η_i[r]，并更新用户i在帧r下的数据队列：

更新用户i在帧r下的能量队列：

并将r+1的网络队列积压信息传输到网络状态中，重复以上步骤直至系统稳定且数据吞吐量效用函数达到收敛。